Глава 6. Водолазный метод [1978 Риффо К. - Будущее

В течение долгого времени водолазные погружения не привлекали особого внимания и с профессиональной точки зрения интересовали лишь узкий круг специалистов, незаметно работавших на дне портов и рейдов.

Даже став спортом, модным времяпрепровождением, они только немногих интересовали по-настоящему. Для широкой же публики подводные погружения, как и альпинизм, спелеология, парашютный и парусный спорт, относились к тем развлечениям, которые с приходом октября, когда распахиваются двери конференц-залов, дают возможность демонстрировать великолепные слайды, вызывая восхищение непосвященных.

Но с тех пор многое изменилось. Постепенно стало очевидным, что водолазное дело - это нечто большее, чем тяжелый труд водолазов в вентилируемых скафандрах, экзотические любительские погружения или грациозные пируэты ныряльщиков. Развиваясь и совершенствуясь, оно становится настоящей научной дисциплиной, существенной частью арсенала технических средств, дающих человеку возможность проникать в глубины и осваивать подводный мир.

Водолазное дело - тема обширная, и раскрыть ее можно по-разному.

Можно начать с чисто технических аспектов, остановившись на исследованиях, на создании и применении различных видов аппаратуры, позволяющей человеку жить и работать в чуждой ему среде.

Скафандр Борелли. '... с помощью приспособлений, которые искусственно восстанавливают нормальные функции организма человека'

Некий таинственный колокол, в котором якобы совершал погружения еще Александр Македонский

Можно попытаться раскрыть связи этой все еще редкой профессии с фундаментальными положениями физиологии.

Можно говорить о применении водолазного дела в военной области.

Можно сделать упор на значение водолазного дела для экономики и даже политики, если иметь в виду, что на доступных уже сейчас глубинах - весьма существенной части поверхности планеты - содержатся богатства, грандиозные размеры которых могут побудить по-новому взглянуть на само понятие границ.

И, наконец, если перейти к области более возвышенной и вспомнить о вечном стремлении человека к господству над силами природы, то надо признать, что освоение морских глубин людьми в водолазном снаряжении станет важным шагом на этом пути.

В общем, поводов для красноречивых рассуждений достаточно.

Однако если исключить все эти довольно отвлеченные рассуждения, то, хотим мы того или нет, нам придется перейти к прозаическим разговорам о технике - области не столь, конечно, привлекательной, как научная фантастика, но тем не менее совершенно необходимой для того, чтобы проложить дорогу в будущее.

Говоря о работах под водой, всегда нужно иметь в виду два их аспекта. Во-первых, они требуют привлечения новейшей техники, освоение которой само по себе чревато трудностями, возникающими на начальной стадии всех новых разработок. Во-вторых, эти работы выполняются в водной среде, не менее враждебной человеку, чем космос. Организм человека приспосабливается к этой среде только при помощи специальных средств, что требует особой подготовки и тренировки.

Итак, все три составляющие водолазного дела - техника, физиология и подготовка к погружениям - должны рассматриваться в тесной взаимосвязи.

Океанавты и космонавты

И тогда возникает мысль, что между работами под водой и в космосе можно провести какую-то параллель.

Кто не читал и в газетах, и в специальных журналах статьи, в которых сопоставляются эти две области: космонавты - океанавты, фантастические костюмы пилотов космического корабля - скафандры водолазов...Кроме того, первые выходы человека в космос и в подводные глубины произошли на одном и том же этапе научно-технического прогресса и хронологически относятся к одному периоду развития научных знаний.

Конечно, в проблемах освоения космоса и глубин океана много общего, так как и там, и тут они связаны с жизнеобеспечением человека в необычных для него условиях. Океанавт, заключенный в стальную капсулу, так же изолирован, как и космонавт в своем корабле, и ему угрожает ничуть не меньше опасностей. Один отделен от привычного земного мира беспредельными пространствами космоса, другой - гигантской толщей воды, а огромное гидростатическое давление представляет не меньшую опасность, чем вакуум... Напомним также, что для возвращения с Луны на Землю и для перехода от давления на глубине 250 м до нормального земного нужно примерно одно и то же время...

И все же в истории освоения подводного мира есть свои особенности. Главное отличие заключается в том, что человек уже давно имел возможность проникать в подводный мир - с известными ограничениями, разумеется.

Чуть ли не в каждой книге, в которой говорится о погружениях в глубины моря, есть упоминание (в качестве исторической справки и одновременно, безусловно, в качестве демонстрации эрудиции автора) о таинственном подводном колоколе, которым во время оно пользовался Александр Македонский.

Не углубляясь так далеко в прошлое, небесполезно вспомнить, что уже наши отцы и деды могли действовать под водой, и, надо сказать, для своего времени действовать неплохо. Но в течение полувека подводные погружения как специфическая область научных знаний практически не развивались.

Эволюция водолазного дела

Ответ может быть только один: потому что в этом никто не был по-настоящему заинтересован...

Такое утверждение вначале кажется парадоксальным. Ведь люди всегда мечтали о проникновении в глубины моря. А сколько возникало смелых проектов освоения подводных богатств или использования подводных кораблей в военных целях! Но на все это нужны были деньги, и немалые. К сожалению, всегда так трудно доказать, что не надо бояться затрат, ибо в дальнейшем они окупятся сторицей... Для тех, кто мог финансировать проекты освоения глубин, море казалось бездной, которая способна поглотить любую сумму денег. Поэтому долгое время подводная сфера интересовала лишь военно-морские флоты, на вооружение которых поступали все более совершенные субмарины, да кинематографистов - пожалуй, единственных, кому спуски под воду приносили прибыль.

Будем, однако, справедливы. За последние полвека все же можно назвать и отдельные выдающиеся подводные погружения, которыми нельзя не восхищаться - например подъем золота и других ценных предметов с затонувших судов, рекорд У. Биба, спасение экипажа затонувшей подводной лодки "Сквалус". В 1930 г. американские водолазы достигли глубины 100 м (они дышали гелием), а в середине сороковых годов шведский инженер погрузился на 160 м (он дышал водородно-кислородной смесью).

В годы второй мировой войны появились боевые пловцы, водолазы-диверсанты и водолазы-саперы, которые осуществили ряд успешных операций. Но никаких принципиальных изменений в водолазную технику внесено не было: в сущности, неизменно применялись давно известные средства. (Автономный скафандр, в котором для дыхания используется воздух, был изобретен еще в 1860 г. французскими морскими офицерами Рукейролем и Денейрузом, а автономный кислородный скафандр применялся в Великобритании задолго до первой мировой войны.)

Скафандр Клингерта (1797 г.)

'Предшественник' жесткого скафандра (1882 г.)

Лишь в послевоенные годы подводные погружения перестали быть уделом профессионалов и завоевали всеобщее признание и популярность. Это пробуждение интереса к подводным глубинам было связано с появлением автономных аппаратов Ле Приера, Комменгеса и в особенности Кусто-Ганьяна. Новые средства для погружения под воду получили широкое распространение, ими начали пользоваться тысячи любителей красот подводного мира. Но при этом предел глубин, которых мог достичь человек, оставался неизменным. Технический прогресс в средствах водолазных погружений проявлялся лишь в разного рода усовершенствованиях, в преодолении некоторых не имеющих принципиального значения трудностей. В решении же главной проблемы - увеличении предельной глубины погружения - успехов достигнуто не было.

Но вот примерно за последнее десятилетие положение дел изменилось. Подводный мир перестал быть заповедной областью для любителей экзотики. В кратчайший срок свершился переход от романтики к промышленному освоению подводных глубин.

Этот процесс стимулировали два существенных фактора.

Во-первых, как в государственном аппарате, так и в частных фирмах появилось много влиятельных сторонников (и число их все растет) скорейшего освоения океанских ресурсов. Во-вторых, частные фирмы вложили крупные средства в рассчитанные на длительный срок проекты подводных исследований и в разработку необходимых для этого технических средств.

Жесткие шарнирные скафандры Галлеаци

Современный вентилируемый скафандр

Водолаз за работой. Наши дни

Благодаря этому в короткий срок были разработаны новые технические средства и методы, позволившие резко увеличить предел доступных человеку глубин.

Для чего нужны подводные погружения?

Какая же причина побудила человека завоевывать подводный мир?

Проще всего сказать, что это произошло только благодаря его извечному стремлению господствовать над силами природы или благодаря техническому прогрессу...

Рискуя оказаться в числе прозаически настроенных скептиков, мы позволим себе усомниться в справедливости подобного объяснения, кстати, весьма распространенного.

На самом деле повышенный интерес, который начали недавно проявлять к освоению глубин промышленно развитые страны, вызван, во-первых, осознанием огромности потенциальных богатств континентального шельфа вообще, и, во-вторых, открытием на нем запасов нефти, разработка которых экономически рентабельна и вполне осуществима при современной технике подводного бурения.

Опыт бурения на дне моря давно уже показал, что низкая производительность труда, значительные затраты времени и средств при подводных работах - следствие особых условий водной среды. Даже сейчас, когда нефтяные платформы установлены в основном на небольших глубинах (до 100 м), мы не можем монтировать оборудование скважин непосредственно под водой. Если же учесть, что добычу полезных ископаемых предполагается развернуть по всему континентальному шельфу, то необходимость обеспечения возможности водолазных работ на глубине станет еще более явной. Нефтяные компании расширяют свою деятельность, а для эксплуатации подводных месторождений нужны все новые виды техники. Вот в этом-то и заключается основная причина эволюции в водолазном деле. В освоении подводного мира без водолазов не обойтись.

Нельзя не учитывать и влияние военного фактора на развитие водолазной техники. Мировой океан потенциально представляет собой глобальный театр возможных военных действий, борьба за господство в его глубинах будет иметь стратегическое значение. Широко известны значительные успехи, достигнутые США, СССР, а также Великобританией и Францией в строительстве атомных подводных лодок. Но вместе с тем образовались "ножницы" между уже достигнутым техническим прогрессом и отсутствием знаний о водной среде, в которой этой технике приходится действовать.

После гибели атомной подводной лодки "Трешер" американцы поняли, какими ограниченными возможностями обладают средства для подводных погружений, которыми мы располагаем на сегодняшний день. Президент США, выступая по телевидению, признал, что помочь потерпевшим аварию нельзя. Безусловно, это трагическое событие способствовало разработке и осуществлению больших программ подводных исследований, которые уже начинают приносить свои плоды.

Стремление освоить глубины объясняется и другими факторами. Не последнюю роль тут играют желание первенствовать в области научных исследований и стратегические планы дальнего прицела, а для самих исследователей - желание познать тайны океана.

Борьба со стихией (пусть только это будет борьба во имя блага человечества, во имя мира) будет захватывающе интересной. В конце концов человек сумеет осуществить то, что кажется сейчас невозможным. Только не надо забывать, что океан - действительно грозная сила. И покорить его глубины, не защитившись от колоссального давления, вечного мрака и холода толстыми стенами надежных капсул, невозможно.

Наука проникла в тайны микро- и макромира - в мир атома и мир космоса. Один за другим преодолеваются барьеры скорости и земного тяготения - человек вышел на межпланетные трассы. Но как преодолеть такое препятствие, как давление колоссальных масс воды? На этот вопрос должны ответить и инженеры, и физиологи.

Физиологические проблемы

Водолазные погружения требуют решения многих проблем. С некоторыми из них специалисты уже давно справились (вспомним об открытиях Поля Бэра и Холдена), другие еще только всесторонне исследуются. Но существует немало и таких проблем, которыми пока не занимается никто. Ликвидировать белые пятна в науке о подводных водолазных погружениях придется в самое ближайшее время.

Что же это за проблемы? Их можно разделить на две группы - физиологические и технические. Правда, иногда выделяют и проблемы психологические - отбор людей, подходящих для глубоководных погружений, их подготовка и адаптация к подводной среде. Но, как мы считаем, они менее сложны, и поэтому пока что не будем на них останавливаться.

Главная трудность - решение двух основных физиологических проблем: как обеспечить человеку возможность длительного пребывания и активной деятельности на глубине, где гидростатическое давление превышает атмосферное, и как обеспечить возвращение из глубин на поверхность, т. е. переход от повышенного давления к нормальному? Хотя проблемы эти взаимосвязаны, удобнее разбирать их по отдельности.

Человек должен иметь возможность нормально дышать при повышенном давлении. Для этого водолазу подается для дыхания нетоксичная газовая смесь, давление которой в точности уравновешивает давление, действующее извне на стенку грудной клетки. Добиться такого равновесия довольно просто при помощи специального компенсирующего устройства - легочного автомата.

Сложнее обстоит дело с выбором газовой смеси для дыхания, в состав которой входят кислород и нейтральные газы. Исследования показали, что при возрастании давления эти газы по-разному изменяют свою биологическую активность. Поэтому в дальнейшем мы рассмотрим воздействие каждого из них отдельно. Особого внимания требует влияние на организм углекислого газа. Здесь нужно учитывать как присущую ему токсичность, так и способность играть роль активатора в некоторых физиологических процессах. Однако если в процессе дыхания углекислый газ эффективно удалять, то все эти проблемы решаются без особых затруднений - по крайней мере теоретически.

Действие сжатого кислорода

После сообщения, которое сделал Поль Бэр во Французской академии наук 17 февраля 1873 г., если не причины, то характер воздействия кислорода, вдыхаемого при повышенном давлении, хорошо известен. Кислород - "огненный воздух", как его называли когда-то,- становится токсичным при давлении выше 1,7 атм, что соответствует глубине более 7 м. Это явление получило название "эффекта Поля Бэра", или гипероксии. Его симптомы - тошнота, усиленное потоотделение, расстройство зрения, судороги, потеря сознания.

Степень проявления гипероксии зависит от индивидуальных особенностей организма человека и его физического состояния в момент погружения. Некоторые физиологи пытались отодвинуть порог токсичности с помощью различных медикаментозных средств. Однако пока рано говорить о результатах этих экспериментов.

Верхний предел, равный 1,7 атм, остается в силе, если время нахождения человека под давлением (экспозиция) невелико. В случае длительного пребывания в среде с повышенным давлением - в течение нескольких дней - возникает опасность хронического кислородного отравления, так называемого эффекта Лоррена - Смита. При длительных экспозициях - даже если парциальное давление^* кислорода значительно меньше чем 1,7 атм - в легких могут возникнуть нежелательные изменения, которые в особо тяжелых случаях приводят к смертельному исходу.

^* (Напомним, что парциальное давление любого газа в смеси равно произведению абсолютного давления смеси на процентное содержание этого газа в смеси. Для атмосферного воздуха, например, парциальное давление кислорода равно: 1 атм 0,21 = 0,21 атм.- Прим. авт.)

Так проходит эксперимент в гипербарической камере при давлении 31 атм, соответствующем глубине 300 м

Многочисленными экспериментами (США) доказано, что допустимый уровень парциального давления кислорода составляет 0,6 атм. В капсулах "Аполлонов", например, космонавты дышали кислородом при парциальном давлении 0,35 атм.

Если водолазу предстоит напряженная работа под водой в течение длительного времени, то он дышит смесью, в которой парциальное давление кислорода составляет 0,35 - 0,42 атм.

До сих пор мы говорили о верхних пределах парциального давления кислорода. Но существует и нижний предел. Если концентрация кислорода слишком мала, то организм человека испытывает его нехватку в процессе обмена веществ, а это может вызвать потерю сознания, причем потеря эта может наступить неожиданно, без каких-либо предварительных "предупреждающих" симптомов. Это явление называется гипоксией, или аноксией. Для кратковременных экспозиций гипоксический порог располагается в пределах 0,12 - 0,17 атм - в зависимости от индивидуальных свойств организма.

Итак, определение допустимой концентрации кислорода в дыхательной смеси - задача первостепенной важности. Выбранная величина парциального давления (с учетом температуры, глубины, длительности пребывания под водой, характера работы). должна лежать "в вилке" двух допусков - между гипероксией и гипоксией.

Действие нейтральных газов-разбавителей

С нейтральными газами дело обстоит еще сложнее. Используемые как разбавители кислорода в дыхательной смеси, они под действием давления, во-первых, оказывают на организм наркотическое действие, а во-вторых, растворяются в тканях организма.

Первая особенность налагает определенные ограничения на продолжительность пребывания человека в атмосфере сжатого газа, вторая - на режим декомпрессии, а также в известной мере и на режим компрессии.

Из опыта известно, что сжатые газы воздействуют на разных людей по-разному, причем степень этого воздействия возрастает с увеличением давления, т. е. глубины. Наркотическое действие азота начинает ощущаться примерно с глубины 40 м, а на глубинах 60 - 70 м ему подвержен любой человек.

В чем проявляются наркотические расстройства?

Прежде всего наступает торможение умственной деятельности. Понижается сообразительность, нарушаются память и способность к восприятию, в частности к восприятию зрительному, замедляются мыслительные процессы. В известной мере все эти признаки имеют нечто общее с признаками алкогольного опьянения, откуда и возникло название "глубинное опьянение".

Симптомы его носят индивидуальный характер - у разных людей они возникают на разных глубинах и проявляются в различной форме. Кроме того, практика показывает, что может иметь место и адаптация организма. Тренированный водолаз с каждым новым погружением все лучше контролирует свои действия и может несколько задержать начало действия азотного наркоза.

Как только водолаз возвращается в условия меньшего гидростатического давления, все симптомы глубинного опьянения быстро и бесследно исчезают.

Механизм азотного отравления пока еще не объяснен, хотя на этот счет и существует несколько гипотез.

Так, некоторые физиологи считают, что степень наркотического эффекта, вызываемого действием нейтрального газа, зависит от его растворимости в воде и в тканях организма, особенно же в липидах мозга, что приводит к воздействию газа на центральную нервную систему. Более того, установлено, что наркотическое действие нейтральных газов похоже на действие анестезирующих веществ, активность которых пропорциональна их растворимости в животных жирах.^*

^* ( Фактически их "коэффициент участия" в наркозе зависит от отношения растворимости в жирах к растворимости в воде.- Прим. авт.)

Другие исследователи связывают степень воздействия нейтрального газа с его молекулярным весом: чем больше молекулярный вес, тем сильнее наркотические свойства газа. Действительно, если взять три разбавителя с различными молекулярными весами - например гелий (легкий), азот (средний) и аргон (тяжелый), то на одной и той же глубине наркотическое воздействие тем больше, чем тяжелее газ. Такой эмпирический подход несколько примитивен, но опыт его применения дает неплохие результаты. Водород в данном случае представляет исключение, о чем мы еще скажем далее.

Установление взаимозависимости между молекулярным весом и степенью наркотического действия газа приводит нас к еще одной гипотезе, согласно которой наркотическое действие вызывается не инертным, а углекислым газом. В самом деле, если молекулярный вес газа-разбавителя растет, то возрастает пропорционально и плотность дыхательной смеси, составленной из кислорода и нейтральных газов. Характер циркуляции газовой смеси в дыхательных путях изменяется - ее движение становится турбулентным. В результате альвеолярная вентиляция может оказаться недостаточной и, следовательно, в организме начнет накапливаться углекислый газ. Тогда логично заключить, что наркотическое состояние при погружениях вызывается именно его токсичностью. Нужно еще, однако, доказать, что это так. Пока же никто не смог обнаружить накопление углекислого газа в организме при повышенном давлении. Тем не менее роль углекислого газа в усилении специфического воздействия нейтральных газов на организм человека вполне очевидна.

Некоторые физиологи приписывают наркотическое действие кислороду.

Наконец, недавно выдвинутая теория (Миллер и Паулинг) утверждает, что при высоких давлениях в клетках появляются аномальные биохимические составляющие - гидраты газа. Это своеобразное структурное образование молекул воды вокруг молекулы нейтрального газа, которое специалисты называют "айсбергами", или газовыми гидратами. "Айсберги" приводят к увеличению электрического сопротивления нервной клетки и изменению других ее электрических параметров, т. е. к нарушению проводимости нервных окончаний.

Не будем углубляться в еще недостаточно разработанную область науки, в дебри гипотез, которые быстро сменяют одна другую. Впрочем, все эти теории, хотя мы и рассказывали о них по отдельности (иначе их трудно было бы изложить), на самом деле достаточно тесно связаны между собой. Ведь процессы жизнедеятельности организма не протекают независимо друг от друга. Значит, отмеченные симптомы глубинного опьянения являются результатом взаимодействия процессов, которые мы пока не можем свести воедино, хотя выдающиеся физиологи всего мира уже давно пытаются сделать это. Во всяком случае, общепризнано, что для достижения больших глубин необходимо найти разбавитель, имеющий как можно меньший молекулярный вес.

- азот^* (молекулярный вес 28) пригоден до глубин 60 - 70 м. Аргон, криптон, ксенон слишком тяжелы;

^* (Речь идет об атмосферном азоте.- Прим. авт. )

- неон (молекулярный вес 20) был бы несколько лучше, чем азот, но ограниченность запасов неона на Земле и высокая стоимость его производства (в 20 - 30 раз дороже гелия) не позволяют применять этот газ.

Они обладают наименьшим молекулярным весом. В наши дни основным разбавителем является гелий, и, вне всякого сомнения, он еще долго останется наиболее удобным для глубоководных погружений инертным газом. При его использовании не возникает никаких симптомов глубинного опьянения до глубины 300 и даже более метров. Следовательно, благодаря гелиево-кислородной смеси континентальный шельф делается доступным для водолазных погружений. Мы уже говорили ранее о громадных размерах площади шельфа и об экономической эффективности его эксплуатации - все это оправдывает расходы на производство и использование гелия. Не исключено, что в будущем появятся и другие смеси, обеспечивающие большие возможности для водолазных погружений. Но ждать их мы не можем. И поэтому нужно обеспечить внедрение в практику тех положительных результатов, которые уже были достигнуты в экспериментах с гелиево-кислородными смесями.

Гелий отодвигает границы глубинного опьянения, а может быть, и совсем устраняет его. Это его главное преимущество.

Однако в использовании гелия существуют и некоторые трудности.

- высокая стоимость этого газа (25 франков за кубический метр);

- отсутствие его производства во Франции (гелий доставляется к нам в основном из США и Канады). Добавим, что в течение многих лет его экспорт из США ограничивался в соответствии с законом, принятым конгрессом (гелий был отнесен к продукции, имеющей стратегическое значение);

- гелий обладает высокой диффузионной способностью, в связи с чем возникают новые проблемы - физиологические (растворение гелия в тканях тела человека) и технические (необходимость тщательной герметизации емкостей, вентилей, шлангов, электрокабелей, электронных схем);

- гелий обладает более высокой теплопроводностью, чем воздух. А ведь человек работает под водой в среде с более низкими температурами, чем температура его тела. Значит, необходимо решить и проблему теплоизоляции водолаза;

- кроме того, гелий искажает голос до такой степени, что начиная с известной глубины речь водолаза становится неразборчивой (возникает так называемый "эффект Дональда Дака"^*). Это осложняет обеспечение надежной связи между водолазом и поверхностью.

^* (Дональд Дак - утенок, персонаж фильмов У. Диснея.- Прим. авт.)

Позднее мы поговорим о том, как можно преодолеть или хотя бы уменьшить эти трудности.

На глубинах, лежащих ниже 300-метровой отметки, гелий (а возможно, также и водород) начинает действовать на организм человека, преимущественно на его центральную нервную систему. Действие это проявляется в форме "нервного синдрома высоких давлений" (НСВД). Теория НСВД выдвинута известными учеными-физиологами, но до сих пор она остается предметом оживленной полемики.

При дыхании гелиево-кислородной смесью под давлением более 300 атм в организме человека возникает комплекс клинических и электроэнцефалографических симптомов, которые свидетельствуют о нарушениях в центральной нервной системе. Первым их признаком является нарушение статической и кинетической моторики, проявляющееся в дрожании - треморе. Англичане и американцы назвали это явление "гелиевым тремором".

Затем происходит нарушение критичности мышления, снижение бдительности. Лицо пораженного делается неподвижным, точно застывшим. Человек становится ко всему безразличным. При этом на электроэнцефалограммах можно наблюдать появление тэта-волн (так называемых медленных волн) и переход от записи, характерной для бодрствования, к записи, характерной для сна. При уменьшении давления описанные симптомы через некоторое время исчезают. Проводя эксперименты на животных, в частности на обезьянах, ученые установили, что при давлении, соответствующем глубине 700 метров и более, у животных появляются сильное возбуждение и припадки эпилептического характера.

Все эти симптомы неоднократно воспроизводились в лабораторных условиях.

Однако причины, их вызывающие, трактуются по-разному.

Обезьяна папио-папио в барокамере перед опытом с водородной дыхательной смесью

Некоторые ученые (Брауэр, Фрюктюс) объясняют симптомы НСВД специфическим воздействием нейтрального газа на центральную нервную систему, отличающимся от описанного ранее глубинного опьянения. Считается, что гелий действует на центральную нервную систему скорее возбуждающе, чем угнетающе (в противоположность азоту). А раз так, то было бы логично попытаться изготовить некий газовый коктейль, в котором угнетающее действие азота или неона нейтрализовалось возбуждающим влиянием гелия. Такой коктейль был создан и испытан. Однако возможности этой смеси в качестве противоядия не были выявлены в полной мере.

Существует и иная точка зрения (Шуто, Бартелеми) на причины, вызывающие нервный синдром высоких давлений.

Профессор Шуто в течение многих лет проводил в Марселе опыты на животных (в качестве подопытных он брал козлов), подвергая их действию высокого давления: подопытные животные совершали имитационные погружения (в барокамере) на глубину свыше 1000 м. Целью этих опытов было, конечно, не установление рекорда, а желание понять наконец механизм НСВД и попытаться определить допустимые пределы погружения при дыхании в "газовой фазе". Позднее мы еще расскажем о возможности дыхания в "жидкой фазе".

Лаборатория Шуто установила чрезвычайно интересный факт: на очень больших глубинах кровоснабжение альвеол становится недостаточным и появляется синдром гипоксии, хотя содержание кислорода в дыхательной смеси поддерживается в пределах обычной нормы (парциальное давление О2 такое же, как в обычном атмосферном воздухе, где концентрация О2 составляет 21%).

Удалось также установить, что на глубине 700 - 800 м животное теряет всякую активность, падает и остается неподвижным; кроме того, у него возникает паралич задних конечностей. Однако повышение парциального давления кислорода очень быстро восстанавливает нормальную активность, причем безо всяких остаточных явлений.

Сейчас трудно сказать, обусловлен ли этот феномен нарушением альвеолярно-капиллярного обмена за счет увеличения плотности смеси, или его можно объяснить слишком большим разбавлением молекул кислорода в гелии, или же он объясняется совместным действием этих обоих факторов. Как бы то ни было, доказано, что порог появления феномена гипоксии связан с плотностью инертного газа, входящего в состав смеси.

По мнению Шуто, НСВД - результат гипоксии: отмеченные нарушения похожи на те, которые наблюдаются у испытуемых, дышащих смесью с малой концентрацией кислорода (такие опыты ставились во время исследований по программам космической медицины). Кроме того, предполагается, что значительную роль здесь играет скорость компрессии. На этой точке зрения сходятся почти все исследователи. Некоторые даже считают, что скорость компрессии является определяющим фактором; другие - и их большинство - отводят ей роль активатора. Чем меньше скорость компрессии, тем позже проявляются симптомы НСВД. Но это объяснение не является исчерпывающим. Мы еще вернемся к этой теме.

Теперь несколько слов об очень интересной теории, которую разработали профессор Дьюкского университета Кильстра (Северная Каролина, США) совместно с профессорами Лонгмюром и Грау.

Авторы этой теории полагают, что ткани организма, по-разному поглощая нейтральный газ, разносимый повсюду током крови, насыщаются в разной степени. Во время погружения, в частности во время компрессионной фазы, между различными тканями устанавливается поэтому определенный перепад давлений (дисбаризм). По законам осмоса эти давления стремятся выравняться. Вполне возможно, что различие в давлениях, когда оно начинает превышать некоторые допустимые величины, приводит к травмам. Именно тогда же могут появиться и симптомы НСВД.

Заменить водородом азот или гелий в газовых смесях для глубоководных погружений - эта идея уже почти три десятилетия занимает воображение физиологов.

Желание использовать водород как разбавитель понятно: его молекулярный вес вдвое меньше, чем вес гелия. А так как плотность дыхательной смеси лимитирует пределы погружения, то, используя водород, можно погружаться на большие глубины, чем при использовании гелия. Существует, к сожалению, очень серьезное препятствие, о котором хорошо знает каждый, кто не забыл школьный курс химии: смесь водорода с кислородом может самопроизвольно взорваться, если объемная концентрация последнего достигнет 4% или превысит эту цифру. Факт чрезвычайно досадный - но в дыхательной смеси без кислорода не обойтись! Следовательно, чтобы использовать водород, нужно иметь надежное оборудование для дозировки газов при смешивании, а также для хранения смеси. В целях безопасности следует довольствоваться 2 - 3-процентной смесью. Такое процентное содержание кислорода достаточно для глубоководных погружений: ведь определяющим фактором служит здесь не объемный процент содержания кислорода, а его парциальное давление. Итак, если преодолеть трудности, о которых было сказано выше, то водород поможет нам достичь больших глубин.

В середине сороковых годов в ВМС Швеции проводились эксперименты по использованию водородно-кислородной смеси. К несчастью, первые опыты окончились трагически: при погружении на 160 м погиб инженер Зоттерштрем. И хотя он погиб из-за механической неисправности подъемной лебедки, а не потому, что дышал водородно-кислородной смесью, погружения были прекращены. Два года спустя, во время эксперимента, проходившего на сей раз на суше - в имитационной барокамере, произошел взрыв, разрушивший часть лаборатории. На этом опыты были прекращены, и в течение 20 лет на водород было наложено табу. Вопросы использования водородно-кислородных смесей не раз обсуждались в научных кругах, но никто не брал на себя смелость вновь начать эксперименты. Только в последнее время в связи с прогрессом в освоении ресурсов океана и расширением области подводных исследований сначала в США и Франции, а затем и в Швеции дело сдвинулось с мертвой точки.

Была составлена обширная программа исследования водородно-кислородных смесей, которая включала:

- точное определение границ взрывоопасности в зависимости от различных параметров (давления, температуры, концентрации газов и т. д.);

В 1968 г. в одном из экспериментов, проводившихся Брауэром, несколько обезьян погружались на глубину 600 м. Они дышали гелиево-водородно-кислородной смесью. Никаких серьезных физиологических нарушений у животных не наблюдалось.

В 1970 г. П. Эдель поместил в экспериментальную барокамеру собаку, которая пробыла в течение 37 часов под давлением 31 атм, что соответствует глубине 300 м. Животное успешно выдержало испытание.

Во Франции водородно-кислородными смесями занимались две организации - GERS^* и СОМЕХ (Фрюктюс). В GERS изучали действие смеси на кроликов, в СОМЕХ - на обезьян папио-папио и белых крыс.

^* (GERS - Экспериментальная группа подводных исследований.- Прим. перев.)

Кроликов помещали в погружную барокамеру (GERS), чтобы ограничить опасную зону в случае взрыва, и поднимали давление до 29 атм, что соответствует глубине 280 м. Все животные погибали к концу заданных (довольно длительных) экспозиций.

Специалисты СОМЕХ проводили свои эксперименты в барокамере, размещенной в специальном бункере. После суточного пребывания под давлением, соответствующим глубине 300 м, животные погибали. При более коротких экспозициях - 2 часа на глубинах 300 и 500 м и затем несколько минут при давлении, соответствующем глубине 675 м,- подопытная обезьяна не погибла. Это был все тот же самый папио-папио, герой нескольких экспериментов. Однако на глубине 675 м у животного случился эпилептический припадок. По данным предварительного анализа был сделан вывод: с помощью водорода порог НСВД отодвинуть нельзя.

И все-таки провели еще один смелый опыт: шесть белых крыс продержали 36 часов в боксе с чрезвычайно взрывоопасной дыхательной смесью - 80% водорода и 20% кислорода - при нормальном давлении. На случай взрыва были приняты все меры предосторожности. Такой опыт ставился впервые: животные жили в водородно-кислородной атмосфере при нормальном атмосферном давлении.

Какие же выводы можно сделать из этих первых опытов, результаты которых (в частности, у французских и американских ученых) во многом не совпадают?

Французские физиологи полагают, что водород, используемый в дыхательной смеси, обладает вредными свойствами, которые усиливаются с увеличением экспозиции и повышением давления. Механизм физиологических нарушений объясняется, по-видимому, расстройством функций дыхательных путей и процессами окисления - восстановления (так считает Шуто).

Кроме того, по всей вероятности, водород не имеет преимуществ перед гелием и в плане нейрофизиологическом. Что же касается наркотического действия водорода, то еще слишком мало данных для того, чтобы утверждать, сильнее оно или слабее, чем у гелия. Во всяком случае, известно, что с увеличением глубины животные, в частности обезьяны (за ними наблюдали с помощью телевизионного устройства), довольно быстро - к 300 - 400 м - начинали проявлять заметные признаки сонливости.

Всем животным, за исключением крыс, во время экспериментов вводили в кору головного мозга электроды, что позволяло следить за характером изменений электроэнцефалограммы. Профессор Наке из CNRS^*, анализируя электроэнцефалограммы, выявил различные нарушения, отличающиеся от тех, которые сопутствуют дыханию гелиевыми смесями.

_* (CNRS - Национальный центр научных исследований Франции.- Прим. перев.)

Много еще предстоит сделать для освоения водородно-кислородной смеси. Имеющийся опыт позволяет прийти к выводу, что ее применение для длительных погружений исключено. При коротких же экспозициях выигрыш в плотности, полученный благодаря водороду, очевидно, позволит погружаться глубже 500 - 600 м, иначе говоря - позволит превзойти порог гелиево-кислородных смесей. Нужно также учитывать, что водород ограничивает мускульную активность - это начинает проявляться на больших глубинах.

Растворение газов в организме

Итак, мы видим, что в принципе люди могут дышать и жить в атмосфере с повышенным давлением.

Но прежде чем говорить о длительном пребывании на глубине, нужно освоить погружение и научиться возвращаться на поверхность так, чтобы организм мог спокойно переходить к функционированию при нормальном давлении. А для этого надо преодолеть целый ряд трудностей, связанных с проблемой растворения нейтрального газа в организме (установлено, что потребляемый кислород практически никакой роли в этом процессе не играет).

Что же происходит в организме человека, когда он подвергается давлению?

Когда водолаз опускается с поверхности на дно или находится на дне, давление газа, растворенного в его организме (или, как говорят, напряжение газа), сначала увеличивается быстро, а затем все медленнее и медленнее, пока напряжение растворенного в тканях газа не станет равным его парциальному давлению в дыхательной смеси и не наступит, таким образом, насыщение.

Кривая, соответствующая ходу этого процесса, может быть определена экспериментально, но ее трудно описать одним простым математическим выражением. Такого рода кривую можно представить себе в виде суммы некоторого числа экспонент, являющихся функцией времени, каждая из которых соответствует определенному виду ткани. В физиологии принято рассматривать тело человека как некую структуру, состоящую из конечного числа тканей, каждая из которых характеризуется периодом Т (время, в течение которого достигается полунасыщение). В зависимости от степени кровоснабжения и по составу (кость, жиры, мускулы, мозг) ткани в этом смысле можно разделить на "быстрые" и "медленные". Определить, к какому именно типу относится конкретный вид ткани, - можно следующим образом: ввести в нейтральный газ радиоактивные изотопы, а затем зарегистрировать степень их накопления в тканях в результате растворения.

Довольно долго считали, что скорость компрессии влияет на организм только косвенно, вызывая повышение температуры тела. Эффект возникающего теплового стресса, конечно, необходимо учитывать, но теперь известно, что не он представляет собой главную опасность при компрессии. Доказано, что на физиологическое состояние человека существенно влияют скорость увеличения давления и ее изменения. Влияние это проявляется в дисбаризме между различными видами тканей.

Существует понятие предельного градиента насыщения, т. е. допустимой разницы напряжений газа между тканями с различными периодами. Величина предельного градиента обязательно учитывается при расчете скорости погружения на заданную глубину. Вероятно, этот допуск уменьшается с ростом абсолютного давления. Например, спуск от 0 до 90 м обычно ведется со скоростью 30 м/мин, но уже в интервале глубин 270 - 360 м даже скорость 2 м/мин вызывает физиологические нарушения. Следовательно, надо составить схему компрессии, как в свое время были составлены таблицы декомпрессии. Вопрос об этом ранее не поднимался, но, не решив его, нельзя начать и штурм больших глубин.

Что же происходит в организме водолаза в то время, когда он поднимается на поверхность? Гидростатическое давление, воздействующее на организм, уменьшается, и, следовательно, падают и давление выдыхаемого газа, и напряжение газов, растворенных в крови, и, несколько позже,- газов, растворенных в тканях; величина этого запаздывания зависит от специфических особенностей каждого вида ткани. Таким образом, напряжение газа в тканях становится выше, чем напряжение газа, растворенного в крови. Это явление называется пересыщением. Если скорость подъема невелика, то газ под действием разницы напряжений из тканей переходит в кровь, которая переносит его к легким. Но когда подъем проходит слишком быстро, кровь не успевает переносить поступающий из тканей газ в легкие. Тогда непосредственно в тканях и в крови появляются пузырьки газа. (Классическая иллюстрация этого явления - быстрое выделение газов при откупоривании бутылки шампанского.) Пузырьки закупоривают кровеносные сосуды и нарушают кровообращение. Это приводит к серьезным декомпрессионным заболеваниям, которые могут иметь смертельный исход.

Следовательно, подъем должен проводиться так, чтобы при декомпрессии исключить появление газовых пузырьков в крови и тканях. Теоретически для этого нужно, чтобы подъем происходил плавно и непрерывно и при этом снижение давления по времени точно соответствовало бы кривой "десатурации", или "рассыщения", тканей.

На практике же - как в воде, так и в барокамере - этот идеальный процесс реализовать трудно, главным образом из-за того, что его нельзя проконтролировать. Заменив кривую десатурации отрезками прямых, соединяющих отдельные ее точки, можно составить водолазные декомпрессионные таблицы, которые позволяют быстро определить, на каких именно глубинах и на какое время следует делать остановки. Этот метод подъема получил название метода ступенчатой декомпрессии.

Быстрое возвращение на поверхность - слишком быстрое...

Водолазные таблицы чаще всего рассчитываются на основании гипотезы Холдена, согласно которой растворение газа в тканях - результат процесса перфузии, а насыщение и рассыщение происходит в основном по экспоненциальным законам (по крайней мере, частично). Самое важное - определить критическую величину насыщения, при превышении которой растворенный газ может выделиться в виде пузырьков, т. е. определить так называемый коэффициент критического пересыщения, равный отношению напряжения растворенного газа к внешнему окружающему давлению^*.

^* (В отечественных публикациях это отношение носит название коэффициента безопасного пересыщения.- Прим. перев.)

Разумеется, желательно, чтобы коэффициент был возможно больше - это уменьшит время остановки на различных горизонтах при подъеме к поверхности; но тем не менее надо установить его оптимальную величину, чтобы исключить возможность неожиданного появления пузырьков. Коэффициент этот нельзя вычислить с помощью математических формул - его определяют эмпирически.

Специалисты GERS (Франция) полагают, что этот коэффициент есть величина постоянная для данной ткани. Таким образом, они исходят из гипотезы Холдена. Ученые в США и в СОМЕХ (Франция) не согласны, с их точкой зрения: они считают, что коэффициент критического пересыщения является функцией давления.

Английские исследователи Хэмплмэн и Хиллз считают уравнение, лежащее в основе теории Холдена, неудовлетворительным. Они полагают, что перфузия не может полностью объяснить процессы растворения газов в тканях. Хэмплмэн и Хиллз предлагают учитывать еще и диффузию^*, для чего они разработали сложную формулу. Однако вычисления по этой формуле весьма трудоемки, а полученные результаты расходятся с эмпирическими данными. Поэтому даже авторы формулы на практике не всегда следуют своей теории.

^*(Очевидно, имеется в виду прямая диффузия газа из ткани в ткань за счет дисбаризма - минуя кровь.- Прим. перев.)

Моделирование упрощенных схем явлений

Многочисленные эксперименты, проведенные в барокамерах, позволили получить обширную информацию. Это открывает возможности для решения задач моделирования упрощенных схем явлений, имеющих место при подводных погружениях. Вспомним, что еще недавно, прежде чем приступить к опыту, нужно было проводить сложные расчеты, собирать и анализировать данные предыдущих исследований. И уже на этой основе выбирались параметры, определяющие характер опыта.

Ныне систематическое использование ЭВМ существенно облегчило работу исследователей. Причем ЭВМ дала не только колоссальный выигрыш во времени расчетов, но и изменила сам процесс опытов: ученые получили возможность варьировать параметры в ходе эксперимента, производить перерасчеты для меняющихся условий. Кроме того, память ЭВМ хранит колоссальный объем информации, полученной в ходе подводных погружений.

Несомненно, в ближайшем будущем на базе ЭВМ будет создано огромное хранилище информации, касающейся подводных погружений. Это позволит установить интересные корреляционные зависимости между различными параметрами. В то же время аналоговые ЭВМ обеспечат моделирование экспоненциальных кривых, определяющих закономерность изменения напряжений между тканями. В качестве аналога для этого можно использовать процесс разрядки конденсаторов, также происходящий по экспоненциальному закону.

Подключая вентили барокамер к аппарату, который будет считывать кривую, построенную предварительно на ЭВМ по данным конкретного режима погружения, можно автоматически регулировать процесс плановой декомпрессии. Подобная аппаратура - конструкторы постараются сделать ее габариты минимальными - будет автоматически управлять процессом декомпрессии на подводных промыслах, что позволит свести до минимума обслуживающий персонал, занимающийся этим делом. Но прежде потребуется ввести в ЭВМ программы, тщательно отработанные на многочисленных контрольных опытах, потому что мы, очевидно, никогда не будем располагать универсальными математическими формулами. И это понятно: параметры, которые необходимо принимать во внимание, учитывая индивидуальные особенности организма водолаза, весьма многочисленны и находятся в слишком сложной взаимозависимости.

Насыщенное погружение

Впервые дорогу к погружениям на большие глубины проложил в 1954 г. швейцарский ученый Келлер, разработав оригинальные методы последовательного использования дыхательных смесей, состоящих из различных инертных газов-разбавителей. Что касается самой идеи так называемого "насыщенного погружения", о котором сейчас пойдет речь, то ее автором был Дж. Бонд, сотрудник лаборатории медицинских исследований ВМС США. Суть ее состоит в следующем.

Пусть на дне, например на глубине 100 м, надо выполнить определенное задание, для чего два человека должны работать в течение шестнадцати часов каждый. Известно, что один час работы на такой глубине требует семичасовой декомпрессии. Следовательно, два водолаза будут заняты по восемь часов ежедневно - ради одного часа работы на дне! А всего на выполнение задания уйдет 16 дней! Напомним, что каждое погружение требует довольно сложного обеспечения, связанного со значительными затратами. Наконец, серия из шестнадцати декомпрессий, как в нашем примере, довольно рискованна, поскольку вероятность несчастных случаев растет с числом погружений, причем возвращение к атмосферному давлению - декомпрессия - самый опасный этап при глубоководных погружениях...

Где же выход? Вероятно, в том, чтобы свести перерывы до минимума, выполняя нужную работу, например, восемь часов подряд, и лишь после этого приступить к подъему на поверхность и декомпрессии. Это сделало бы более безопасными погружения и более эффективными подводные работы. Другой выход - в том, чтобы каким-то образом обеспечить возможность пребывания водолазов на дне в течение всего необходимого для работы времени, а декомпрессию провести только один раз - после выполнения задания.

Но что при этом будет происходить в организме человека с точки зрения физиологии?

Организм водолаза, сколько бы долго он ни пробыл на глубине, будет насыщаться нейтральным газом до некоторого предела, пока не наступит полное насыщение, на что требуется двенадцать часов. Поэтому независимо от времени пребывания водолаза на глубине время декомпрессии останется неизменным, даже если водолаз будет находиться на дне три дня, неделю или месяц.

В этом и состоит главное преимущество, которое дает длительное пребывание водолаза на глубине. Кроме того, после длительного погружения в режиме полного насыщения декомпрессию легче регламентировать, чем после кратковременных спусков. Дело в том, что скорость декомпрессии связана со степенью насыщения. Установить эту степень трудно, но с наступлением полного насыщения организма нейтральным газом все трудности отпадают (как мы уже говорили, на полное насыщение уходит двенадцать часов).

Но как долго может человек пребывать под большим давлением? Ведь он должен не только работать, но и есть, и спать - в общем, жить под водой...

Ответить на этот вопрос взялись трое ученых из лаборатории медицинских исследований ВМС США. В 1958 г. они провели серию экспериментов в барокамере, накапливая статистический материал в опытах на белых мышах, затем были проведены опыты на козах и обезьянах. Спустя три года наступила очередь и людей.

Результаты этой работы показали, что млекопитающие, в том числе и человек, способны переносить повышенное давление в течение длительного времени, если соблюдаются следующие два условия:

- парциальное давление кислорода в дыхательной смеси должно поддерживаться на уровне, соответствующем его давлению на поверхности, при концентрации 21%;

- плотность дыхательной смеси должна быть как можно ниже, чтобы процесс дыхания не вызывал утомления респираторной мускулатуры. В первом приближении можно считать, что вполне допустима плотность дыхательной смеси, равная удвоенной плотности атмосферного воздуха.

Результаты, полученные американцами, имели важное значение. Правда, позже установили, что при длительном пребывании под большим давлением следует учитывать и некоторые другие факторы, но во всяком случае начало решению этой проблемы было положено. Один за другим последовали экспериментальные погружения на длительный срок. Осуществление программ "Человек и море", "Преконтинент", "Силаб", разработанных Линком, Кусто, специалистами ВМС США, дало возможность получить ценную информацию о физиологических аспектах длительного пребывания человека под водой и испытать различные виды специальной аппаратуры.

Первые океанавты участвовали в экспериментах, в которых отрабатывалось длительное пребывание на морском дне, а в это время в лабораториях продолжались исследования как на животных, так и на человеке - так называемые гипербарические эксперименты.

Познакомимся с методологией проведения гипербарических экспериментов, в которой можно выделить пять основных этапов.

1. Прежде всего должна существовать исходная гипотеза, вытекающая из теории, основанной на имеющемся фактическом материале. Эксперимент проводится для проверки положений этой теории.

Мыши... Они собираются 'погрузиться' на 1000 м

Свиньи... Поросенок Рафаэль - герой GERS, поставивший абсолютный рекорд погружения в барокамере, достигнув глубины 1100 м. Теперь Рафаэль на 'пенсии'

2. Следующий этап - проверка теории на практике, т. е. проведение опытов на животных в барокамере. Опыты на мышах позволяют накопить статистический материал. Но поскольку конечной целью исследования является получение данных по физиологии человека, необходимо провести эксперименты на обезьянах, чтобы иметь возможность моделировать обмен веществ и физиологические характеристики организма в целом. Опыты на обезьянах позволяют провести аналогию с человеком в плане нейрофизиологии; на козах удобно исследовать связь процессов растворения газов в тканях (их вес близок к весу человека) с уровнем дыхательной моторики и кровообращения (естественно, центральная нервная система коз существенно отличается от человеческой).

Специалисты GERS вместо коз охотно используют в своих экспериментах свиней мелкорослой породы.

И наконец, как всегда, в роли подопытных выступают кролики.

Впрочем, не будем вдаваться в анализ сравнительных достоинств этих невольных участников гипербарических исследований...

3. Только после того как закончены всесторонние исследования на животных и получены положительные результаты, можно переходить - соблюдая все меры предосторожности! - к опытам с людьми.

Но вся беда в том - да простят меня читатели за эти слова! - что человек не обезьяна, не коза и не свинья - во всяком случае, в том, что касается физиологических ограничений при подводных погружениях (оставим проведение более исчерпывающего анализа любителям порассуждать на темы морали). Реакция на пребывание в барокамере весьма индивидуальна даже у животных одного и того же вида, а уж тем более у разных видов млекопитающих.

Кролик идет 'погружаться' на 300 м на водородно-кислородной смеси

И люди тоже...

Поэтому результаты экспериментов на животных имеют лишь общее информативное значение, а сделанные на их основе выводы следует весьма и весьма осторожно переносить на человека.

Физиологические исследования человеческого организма всегда предварительно проводят в так называемых "сухих" барокамерах - прочных герметичных боксах, где с помощью повышенного давления имитируются основные условия глубоководных погружений.

4. Следующий этап эксперимента проводится обычно в лабораторных условиях в специальной просторной барокамере, имеющей "сухой" отсек и отсек, заполненный водой,- так называемый "мокрый" отсек.

Во время эксперимента испытуемый живет с достаточным комфортом в "сухом" отсеке и время от времени, надев водолазное снаряжение, переходит - согласно программе - через шлюз в "мокрый" отсек, где, как правило, имитируются условия, существующие на определенной глубине (соответствующая температура, освещенность и т. п.). Благодаря этому водолаз может проводить в барокамере работы в максимально приближенных к реальным условиях.

Долгое время многие специалисты считали, что пребывание водолаза в "сухой" барокамере дает достаточно полное представление о физиологических процессах, происходящих в организме человека на больших глубинах. Однако в дальнейшем стало ясно, что "сухая" барокамера достаточно адекватно имитирует лишь погружения на малые глубины. Поэтому в этап наземных испытаний обязательно должно быть включено пребывание человека в барокамере с "мокрым" отсеком. Такие барокамеры имеются в Марселе (CNEXO) и в Новом Орлеане (компания "Тейлор дайвинг").

5. И, наконец, наступает заключительный этап, когда эксперименты переносятся в море.

Итак, мы познакомились с этапами гипербарических экспериментов. Нет нужды доказывать, что параллельно с этими экспериментами (а еще лучше - до них) необходимо заниматься фундаментальными исследованиями. Прогресс как в той области физиологии человека, которая связана с глубоководными погружениями, так и в медицине в целом тесно связан с данными, полученными на практике. Поэтому оба направления исследований столь же тесно переплетаются друг с другом. Для ученых здесь открывается необозримое поле деятельности.

Нельзя, однако, ожидать от фундаментальной науки скорого раскрытия всех секретов физиологии человека в условиях высоких давлений. Прежде чем секреты эти будут раскрыты, придется потратить немало времени на сбор и анализ научных данных.

Но мы не можем слишком долго ждать. Скорейшего решения практических вопросов глубоководных водолазных погружений требуют нужды промышленности, которая приступает к широкому освоению ресурсов полезных ископаемых на дне морей и океанов. Большую заинтересованность проявляют в этом деле и военные.

Где же выход? Очевидно, не следует ждать, пока наука даст исчерпывающие ответы на все вопросы, а, действуя прагматически, искать эти ответы путем проведения целенаправленных экспериментов. Такой путь хоть и не дает возможности прийти к каким-то окончательным выводам, но тем не менее весьма эффективен и позволяет в короткий срок получить искомые данные.

Разумеется, при этом разрыв между практикой и так называемой "чистой" наукой увеличивается, но ведь, хотим мы того или нет, такое положение существует почти всегда. Нужно лишь стараться развивать и направлять фундаментальные научные исследования таким образом, чтобы этот разрыв, по крайней мере, не увеличивался.

Предельные глубины погружения человека

Сегодня мы еще не знаем, какую именно глубину следует считать предельной. Однако экспериментальные данные, которыми располагают физиологи, позволяют высказать некоторые предположения.

255-метровый рубеж уже достигнут специалистами СОМЕХ во Франции и медицинской службы ВМС в США. Люди успешно выдержали восьмидневное пребывание на этой глубине, работая по четыре часа в день. Жизнедеятельность их организмов, умственные способности, общее состояние в целом не претерпели никаких изменений.

Еще более впечатляющие результаты были достигнуты в барокамерах (Франция, США): люди находились в них в течение месяца под давлением, соответствующим глубине 300 м.

В ноябре 1970 г. в барокомплексе СОМЕХ проводилось имитационное погружение до глубины 520 м. Это был мировой рекорд! За восемь месяцев до французов два водолаза ВМС Великобритании провели в барокамере десять часов под давлением, соответствующим глубине 457 м. В декабре 1971 г. в СЕМА (Центр морских исследований в Тулоне, Франция) два человека находились в барокамере двадцать четыре часа под давлением в 51 атм, т. е. на глубине 500 м.

Все имитационные погружения прошли успешно, хотя ниже глубин 350 - 400 м и возникали некоторые нарушения нейрофизиологического характера. Этих нарушений вряд ли можно полностью избежать, но их можно значительно ослабить, правильно подобрав режим компрессии, что и было доказано в мае 1972 г., когда два океанавта фирмы длительное время провели в барокомплексе под давлением, соответствующим глубине 610 м.

Тренировочное погружение в гидросфере на глубину 300 м

В настоящее время предел глубоководных погружений для человека, вероятно, близок к 800 м. Большинство животных, на которых испытывалось действие больших давлений, погибали.

Значит, в ближайшем будущем нам предстоит освоить погружения с использованием гелиево-кислородной смеси на глубинах порядка 500 - 800 м.^*

^* (В октябре 1977 г. фирмы СОМЕХ и CNEXO провели совместный глубоководный эксперимент "Янус-IV", во время которого водолазы совершали полезную работу (устанавливали головку подводной буровой скважины) в море вблизи Марселя на глубине 467 м. Кроме того, были совершены кратковременные спуски (продолжительностью 20 минут) с выходом в воду на глубину 501 м.- Прим. перев.)

Но что следует понимать под предельным давлением для человека? Видимо, его надо рассматривать, во-первых, как такой предел, превышение которого грозит смертью; во-вторых, как такой предел, до которого человек способен эффективно и целенаправленно выполнять заданную работу.

Важно знать, какие симптомы сигнализируют о наступлении опасности для организма, подвергающегося действию высокого давления. Чтобы выявить их, исследователи ставят опыты на животных. Симптомы могут иметь клинический характер или обнаруживаться при помощи электроэнцефалограмм, электрокардиограмм или электромиограмм. Так, Шуто установил, что у коз первый тревожный сигнал проявляется в виде нарушений деятельности вегетативной нервной системы.

Нужно провести многочисленные опыты для четкого выявления и других, еще неизвестных симптомов.

Предел эффективности работы на больших глубинах можно определить только в экспериментах с участием людей. При давлении в барокамере, соответствующем глубине 250 - 300 м, никаких нарушений, которые бы сказывались на работоспособности испытуемых, обнаружено не было. На больших глубинах отмечались некоторые изменения нейрофизиологического характера, однако на умственной деятельности это никак не отражалось.

О том, как глубина погружения влияет на способность человека к физическим усилиям, данных еще мало. Однако Бруссоль (GERS) обнаружил, что при умеренной работе мощностью 55 Вт на глубине 60 м в организме водолаза, дышащего обычным воздухом, задерживается и концентрируется углекислый газ, а это, как известно, ведет к мускульной усталости. Если учесть, что плотность воздуха при давлении, соответствующем погружению на глубину 60 м, эквивалентна плотности гелиево-кислородной смеси для глубины 500 м, то мы можем прийти к выводу, что 500 м и есть предел для физической работы.

Так ли это? Нужно повторить эксперимент, но уже с использованием гелиево-кислородной смеси при давлении, соответствующем глубине 500 м. Если результаты его подтвердят выводы Бруссоля, то предел эффективности будет установлен.

Главные направления исследований

Гипербарические исследования глубоководных погружений ведутся в следующих главных направлениях.

Может быть, дело в скорости роста давления? Возможно... Но ведь доказано, что со скоростью роста давления связано явление дисбаризма, который устанавливается в организме между участками тканей, в разной степени насыщенных газом. Но, как мы уже сказали, в проведенном опыте газ был исключен. Так в чем же причина? Существует мнение, что это прямой результат непосредственного влияния давления на организм.

Вот еще несколько вопросов, на которые пока нет достаточно точных ответов:

- какое физиологическое действие оказывают на организм человека водородно-кислородные смеси? Необходимо изучать специфическое воздействие водорода как газа-разбавителя в зависимости от уровня давления и длительности экспозиции;

- как протекают процессы компрессии и декомпрессии? В наших знаниях об этих процессах весьма много пробелов. Например, физиологи пытаются найти способы точной фиксации момента, когда в кровеносных сосудах начинают появляться пузырьки газа. Предлагают, в частности, определять скорость подъема при декомпрессии не априори - пользуясь только постоянно действующими таблицами или определенной математической моделью (эта попытка может окончиться неудачей из-за большого числа взаимодействующих друг с другом переменных параметров), а апостериори - ведя непрерывный физиологический зондаж кровеносных сосудов для обнаружения возникающих пузырьков газа, подобно слепому, преодолевающему препятствия с помощью трости (в нашем случае препятствием являются пузырьки). Используя получаемую при этом информацию, можно было бы корректировать градиент давления и тем самым избежать закупорки сосудов, т. е. кессонной болезни. Тогда отпала бы надобность в таблицах декомпрессии.

Возможно, что для обнаружения пузырьков будут использованы ультразвук или даже лазерное излучение. Предлагают также применять и другие способы.

Специальная подготовка

За последние годы как в технике, так и в физиологии глубоководных погружений достигнуты значительные успехи. С каждым годом растут глубины, на которые погружаются отважные экспериментаторы; сначала проводятся имитационные погружения в лабораториях и барокомплексах, затем - на полигонах в морях или озерах. И одновременно все яснее становится, что многие неудачи объясняются недостаточной профессиональной подготовкой участников экспериментов, недостатком внимания к вопросам методологии и к объективным критериям подготовленности водолаза к подводным работам.

Тренировочное погружение - приобретение навыков по обслуживанию оборудования устья подводной скважины

Стремительное развитие промышленности, использующей полезные ископаемые морского дна, особенно же интенсификация добычи нефти, ведет ко все большему развертыванию подводных работ. Для малых и средних глубин техника водолазных погружений в общем отработана. Но для глубоководных погружений все еще нужно проводить тщательную и длительную всестороннюю подготовку. Океанавтов нужно учить жить, передвигаться и трудиться на больших глубинах - только таким образом можно обеспечить безопасность и высокую эффективность их работы.

Методика подготовки океанавтов и космонавтов имеет много общего. Океанавтов также нужно обучать в специальных центрах, имеющих имитационные барокомплексы, которые позволяют во время учебного процесса воспроизвести условия подводной среды, максимально приближенные к реальным. Опытные специалисты должны научить будущих океанавтов работать под водой, развить и довести до автоматизма умение действовать в опасных ситуациях, добиться быстроты реакций. Все это очень важно, особенно если учесть возможность некоторого снижения умственной деятельности и активности на больших глубинах.

Дыхание в жидкой среде

Мы еще не располагаем достаточной информацией, чтобы установить пределы для глубоководных погружений человека. 500, 600, 800 м или более - кто знает, что принесет нам будущее? Однако предел для дыхания в газовых средах действительно существует.

Несмотря на способность человеческого организма к адаптации, существуют условия, приспособиться к которым он не может. Так, нельзя преодолеть барьеры, связанные с токсичностью кислорода при определенном давлении, с нервным синдромом, с наркотическим действием газов... Все эти препятствия имеют одно происхождение: на каком-то пределе давления газ перестает обеспечивать дыхательные функции организма.

Но если это так, то зададим себе очень странный, на первый взгляд, вопрос - пусть в плане чисто умозрительном: нельзя ли человеку жить вне газовой атмосферы? И за ним другой, вытекающий из первого: можно ли обеспечить дыхание с помощью среды, отличной от газовой, т. е. среды жидкой и несжимаемой?

Всем известно, что именно в такой среде дышат рыбы: кислород, содержащийся в воде, диффундирует в кровь, а углекислый газ выделяется в воду.

Это вопрос из области научной фантастики, и все же давайте посмотрим, какие есть для этого возможности и насколько трудно добиться их осуществления.

Во-первых, в воде содержится очень мало растворенного кислорода. Во-вторых, чтобы человек мог дышать в воде, вода должна поступать в легкие и циркулировать в них, отдавая кислород и поглощая углекислый газ. Но плотность и вязкость морской воды таковы, что это потребовало бы слишком больших мускульных усилий, на которые наш организм просто неспособен. Наконец, в-третьих, химический состав морской воды настолько отличается от состава крови, что процесс осмотических явлений на альвеолярном уровне вызовет разрушение и легочной ткани, и самой крови.

Итак, вот те непреодолимые трудности, которые не позволяют человеку "дышать" морской водой. Действительно, как мы могли об этом даже просто подумать: ведь когда легкие человека заполняет вода, он гибнет. Вспомним утопленников...

А что произойдет, если "дышать" другой, отличной от морской воды жидкостью, например изотоническим раствором, т. е. раствором, имеющим ту же концентрацию солей, что и кровь, и не оказывающим вредного влияния на альвеолы. Таким раствором - если в нем содержится достаточное для газообмена в организме количество кислорода - как будто бы можно дышать...

Представьте себе, что такого рода опыты проводились, и уже давно. В 1959 г. голландский физиолог Кильстра заполнял легкие собак подобным раствором. К концу довольно длительного эксперимента собака чувствовала себя нормально. При последующих опытах, правда, бывали и неудачи - животные погибали. Однако, основываясь на статистическом анализе результатов многочисленных опытов, можно утверждать, что метод Кильстра кое в чем может оказаться и полезным.

Не так давно Кильстра перешел к опытам с людьми. Одному из испытуемых (конечно, добровольно давшему согласие на участие в эксперименте) заполняли одно легкое раствором солей. Опыт прошел удачно, без каких-либо патологических изменений или нарушений. Теперь ученый заявил о том, что он намерен попытаться заполнить оба легких человека.

Все это крайне интересно. Однако эта исследовательская работа не связана с глубоководными погружениями. Ее цель - разработать терапевтические методы промывания легких при некоторых хронических заболеваниях. Правда, ничто не мешает использовать результаты, полученные Кильстра, и для решения проблемы глубоководных погружений...

Еще один физиолог, профессор Лундтского университета Лундгрен, проводит эксперименты на белых мышах, помещая их в растворы. Его исследования имеют определенное отношение и к погружениям: шведский ученый выясняет, как влияет давление на организм млекопитающих, если исключить ряд физиологических факторов, связанных с дыханием газами.

Прежде всего, опыты доказали принципиальную возможность заполнения легких млекопитающих таким раствором, который не оказывает вредного влияния на состояние альвеол, процессы кровоснабжения и обмена. Кислород в растворенном состоянии - если увеличить его парциальное давление - может быть накоплен в жидкости в необходимом для дыхания количестве. При этом диффузия кислорода через стенки альвеол протекает нормально. Хуже обстоит дело с удалением углекислого газа: из-за высокой плотности жидкости "вентиляция" происходит плохо. Однако, если использовать фторуглеродные жидкости, углекислый газ удаляется лучше. На животных такие опыты уже проводились.

Итак, возможность жидкостного дыхания для человека существует, но только при коротких экспозициях, т. е. до тех пор, пока содержание углекислого газа в организме не достигнет предельно допустимой величины.

Искусственные жабры

Давайте пофантазируем на тему о том, как еще можно обеспечить длительное пребывание людей на больших глубинах. Ведь наполняя легкие жидкостью, мало чего можно добиться: экспозиция будет равна нескольким минутам...

Для того чтобы дышать в воде, нужно заставить кровь, искусственно отведенную от легочной артерии, циркулировать через внешний контур, содержащий контактирующую с водой мембрану. Кислород из морской воды будет диффундировать через мембрану в кровь, а углекислый газ, наоборот, станет поступать из крови через ту же мембрану в воду.

Подобные опыты уже проводились: млекопитающие, находясь в воде, в течение нескольких часов дышали через силиконовую мембрану.

Конечно, от первых примитивных опытов до практической реализации возможности радикального изменения дыхания и кровообращения у человека очень и очень далеко. На этом пути еще предстоит преодолеть множество трудностей, в том числе и этического характера... Но ведь замена больных органов - сердца, легких, почек - искусственными получает все большее распространение. Может быть, не так уж невозможна и имплантация жаберной системы человеку?

Прежде всего нужно решить вопрос, куда именно подшить мембрану: ведь для того чтобы из омывающей ее воды могло диффундировать необходимое организму количество кислорода, мембрана эта должна иметь очень большую площадь. Требуют также решения проблемы, связанные с коагуляцией крови и быстрым удалением хорошо растворяющегося в воде углекислого газа.

Самое же главное - человек после такой операции никогда не сможет дышать на поверхности... Конечно, трудно взять на себя смелость сказать, как поступят люди через полвека или через столетие. Но как бы ни стремителен был ход прогресса, вряд ли люди согласятся оплатить приспособление к среде такой ценой. Человек так и не стал птицей, хотя после полета Икара прошли тысячелетия. И вряд ли наши правнуки превратятся в рыб.

Технологические проблемы

Проведенный выше сжатый анализ физиологических аспектов подводных погружений показывает, что человек может жить и работать в условиях повышенного давления - конечно, если оно не превышает некоторого предельного значения, которое еще предстоит определить. Он может также, следуя заранее рассчитанному режиму декомпрессии, возвращаться на поверхность без функциональных нарушений.

Теперь остается рассмотреть тот комплекс технологических проблем, которые связаны с погружениями человека под воду. Иначе говоря, мы должны уточнить, какие технические средства, снаряжение и оборудование обеспечивают нормальное функционирование организма человека и позволяют ему трудиться под водой в достаточно комфортабельных и безопасных условиях.

Рассмотрим различные системы дыхательных аппаратов и подводного снаряжения и их практическое использование. В нашу задачу не входит детальное описание того оборудования и снаряжения, которые уже применяются при подводных погружениях. Попробуем представить себе перспективы на будущее.

Дыхательные аппараты

Подводные дыхательные аппараты можно разделить на два типа - неавтономные и автономные.

Кроме того, при желании в пределах каждого типа можно провести классификацию аппаратов в зависимости от конструкции, от того, что в них используется для дыхания - воздух, газовые смеси или кислород, а также в зависимости от режима дыхания (открытый, замкнутый или полузамкнутый цикл).

При этом некоторые аппараты могут одновременно быть как автономными, так и неавтономными, как замкнутого, так и полузамкнутого цикла дыхания.

Водолаз должен уметь эффективно работать под водой

Рассмотрим следующие основные виды дыхательных аппаратов.

- скафандры с жестким шлемом^* и шланговые аппараты типа "Наргиле";

^*(В нашей стране их называют трехболтовым или двенадцатиболтовым тяжелым снаряжением.- Прим. перев. )

- скафандры и шланговые аппараты полузамкнутого цикла дыхания.

- замкнутого цикла дыхания (на кислороде и на смесях);

Неавтономные дыхательные аппараты

Общим у скафандров с жестким шлемом и шланговых аппаратов типа "Наргиле" является то, что воздух или газовая смесь обычно подаются с поверхности по гибкому шлангу (при глубоководных погружениях газовая смесь подается от баллонов, размещенных в водолазном колоколе). Кроме того, как тот, так и другой вид дыхательного аппарата функционирует в режиме открытого цикла дыхания, при котором выдох производится непосредственно в воду.

- скафандр с жестким шлемом образует замкнутый объем, в который вдыхаемый газ поступает под давлением, равным давлению окружающей среды. Рот, нос и глаза водолаза свободны. Он нормально разговаривает и дышит;

- шланговый аппарат типа "Наргиле" представляет собой обычный легочный автомат, закрепленный на теле водолаза на уровне легких при помощи ремней. Автомат имеет редуктор, который уравнивает давление вдыхаемого газа с давлением окружающей среды. При каждом вдохе газ поступает в легкие водолаза через загубник. Как и при погружении в автономном снаряжении, нос и глаза водолаза защищены маской. И наконец, применение герметичного (сухого) гидрокостюма с этим типом аппарата не обязательно.

Во Франции скафандры с жестким шлемом практически уже не применяются. Их заменили акваланги и шланговые аппараты типа "Наргиле". Произошло это не сразу. Долгое время скафандр оставался единственным средством для погружения на глубину с использованием гелиево-кислородных смесей и широко применялся, несмотря на громоздкость, зависимость от условий погоды на поверхности и устарелую конструкцию.

Американцы и англичане, применяющие тяжелое водолазное снаряжение и до сих пор, приобрели ценный опыт глубоководных погружений в пределах 70 - 120 м. Как раз этого опыта очень недоставало французам в течение первых пятнадцати лет после второй мировой войны. С освоением техники погружений в водолазном колоколе (что позволило как бы перескочить сразу через множество этапов) это отставание было ликвидировано.

Неавтономные аппараты полузамкнутого цикла дыхания представляют собой лишь модификацию вышеописанных дыхательных аппаратов. Их отличие состоит в том, что выдыхаемые газы не полностью выбрасываются наружу, а частично вентилируются через мягкий мешок, в котором происходит их регенерация (очищение от углекислого газа), после чего они снова поступают на вдох.

Преимущество их перед классическим шланговым аппаратом типа "Наргиле" с открытым циклом дыхания состоит в значительно меньшем расходе газа.

Надо полагать, что со временем различия между скафандром с жестким шлемом и шланговым аппаратом типа "Наргиле" исчезнут и будет создана конструкция, соединяющая достоинства обоих типов аппаратов. (По-видимому, в комплект "Наргиле" войдет жесткий шлем.)

Автономные аппараты открытого цикла дыхания (акваланги)

Во Франции наибольшей популярностью пользуется акваланг модели "Кусто-Ганьян". Это очень надежный и простой в обращении аппарат. Он до сих пор остается незаменимым для кратковременных погружений на малые глубины - до 40 - 50 м. Для глубоководных же погружений этим аквалангом из-за малой его автономности можно пользоваться только при весьма кратковременных спусках.

Не стоит больше говорить об аквалангах - их преимущества и недостатки хорошо известны. Следует только добавить, что они еще долгое время будут широко применяться в спортивном и любительском подводном плавании.

В будущем человек все больше времени станет проводить на море и будет все больше плавать с аквалангом. Естественно, что в конце концов он захочет, чтобы баллоны за его спиной как можно меньше мешали движениям. И конструкторы создадут новые, более легкие и удобные модели аквалангов, может быть, с титановыми или пластмассовыми баллонами сферической формы...

Автономные аппараты полузамкнутого цикла дыхания

Так называемая система полузамкнутого цикла дыхания позволяет увеличить автономность при погружениях и до некоторой степени сократить продолжительность остановок на декомпрессионных ступенях во время подъема. Познакомимся с принципом действия аппаратов этого типа.

Баллоны их заполнены газовой смесью (О2 -N2 или 02 - Не), содержание кислорода в которой определяется глубиной предполагаемого погружения. Из баллонов смесь поступает в мягкий мешок, выравнивающий давление между легкими и водой. Человек вдыхает газовую смесь из этого мешка и в него же выдыхает.

Первоначальный состав смеси в мешке быстро изменяется, поскольку в процессе дыхания потребляется кислород и выделяется углекислый газ. Следовательно, задача заключается в том, чтобы процентное содержание газа, поступающего в мешок, поддерживать на должном уровне, т. е. в соответствии с физиологическими нормами, а также по возможности обеспечить его стабильность - с учетом глубины и интенсивности производимой водолазом работы. Состав вдыхаемой смеси должен быть известен с большой точностью, так как от него зависит последующий режим декомпрессии. В разных странах были найдены различные конструктивные решения для поддержания в мешке нужного состава газовой смеси. Все они сводятся, в общем, к частичному выбросу из него смеси или непрерывно, или во время одной из фаз дыхательного цикла. Параллельно для пополнения израсходованного кислорода в мешок поступает газ из баллона, а углекислый газ абсорбируется в патроне с натронной известью. При конструировании такого аппарата очень важно добиться того, чтобы сопротивление дыханию, обусловленное его трубопроводами и подвижными деталями, было минимальным.

Аппарат полузамкнутого цикла дыхания 'Миксжерс' (фирма 'Фэнзи')

В течение долгого времени аппараты полузамкнутого цикла дыхания применялись исключительно на военно-морских флотах. Сейчас они используются и при выполнении подводных работ, и любителями подводного плавания. Такие аппараты стоят еще достаточно дорого, но как только они найдут более широкое применение, они станут дешевле. Если коэффициент полезного действия аппарата условно выразить в виде некоторого отношения объема газа в баллонах к автономности, то при примерно одинаковой степени безопасности у аппаратов полузамкнутого цикла дыхания он выше, чем у аппаратов открытого цикла. Следовательно, аппараты полузамкнутого цикла более перспективны.

В заключение следует сказать, что аппараты полузамкнутого цикла дыхания с дыхательной смесью, содержащей 10% кислорода и 60% азота, на глубине 40 м обеспечивают автономность, равную 1 часу, а с дыхательной смесью, содержащей 10% кислорода и 90% гелия, на глубине 100 м обеспечивают автономность, равную 30 минутам.

Кислородные автономные аппараты замкнутого цикла дыхания

До настоящего времени аппараты такого типа применялись только боевыми пловцами военно-морских флотов в диверсионных целях.

Они работают на чистом кислороде, имеют большую автономность - более трех часов - и при работе не оставляют следов на поверхности, поскольку при замкнутом цикле дыхания не выделяются газовые пузырьки. Кислород, содержащийся в баллоне, поступает в мягкий дыхательный мешок, а очищение от углекислого газа осуществляется, как обычно, с помощью патрона с натронной известью.

Аппарат замкнутого цикла дыхания 'Оксижерс' (фирма 'Фэнзи'), который применяется боевыми пловцами ВМС Франции

Эти аппараты, однако, имеют существенный недостаток, обусловленный токсичностью кислорода при повышенном давлении. Поэтому теоретическая глубина их безопасного применения составляет всего 7 м.

Однако, учитывая то, что в узлах конструкции, образующей дыхательную цепь, всегда сохраняется незначительное количество азота и что поэтому вдыхаемый кислород не является абсолютно чистым, на практике с автономным аппаратом замкнутого типа можно достигать 10-метровой глубины. На больших глубинах наступает кислородное отравление.

Автономные аппараты замкнутого цикла дыхания, работающие на смесях

Если в аппарате полузамкнутого цикла дыхания прекратить вывод газа из дыхательного мешка, то получится аппарат замкнутого цикла дыхания. При этом аппарат становится максимально автономным, а так как в нем используется дыхательная смесь, то теоретически человек может погружаться на любую глубину.

В действительности, однако, дело обстоит не так просто. Во время спуска и пребывания водолаза на постоянной глубине нейтральные газы не расходуются, а поглощается только кислород. Причем при одинаковой физической нагрузке количество поглощаемого организмом кислорода не зависит от глубины погружения. Значит, по мере увеличения давления нужно уменьшать объемный расход кислорода, что обеспечивается специальным регулятором. Когда водолаз работает, то он расходует больше энергии и, следовательно, потребляет больше кислорода. В этом случае необходимо увеличить подачу кислорода в мешок.

Во время подъема к поверхности газы, содержащиеся в дыхательном мешке, расширяются и выводятся наружу через травящий клапан. Таким образом, аппараты этого типа работают в замкнутом цикле только в то время, когда водолаз спускается или находится на постоянной глубине.

Аппарат 'Марк-Х' замкнутого цикла дыхания с автоматической дозировкой парциального давления кислорода

Принцип работы аппарата таков. В дыхательный мешок газы поступают из двух баллонов (в одном - кислород, в другом нейтральный газ - азот или гелий). Содержание кислорода (точнее, его парциальное давление) в образующейся смеси во время погружения контролируется автоматически.Датчик контроля содержания кислорода связан с сервоусилителем, по команде которого открывается и закрывается жиклер, обеспечивающий с небольшой задержкой поддержание парциального давления кислорода в заранее заданных пределах.

Выдыхаемые газы, как и в любом аппарате замкнутого и полузамкнутого цикла дыхания, очищаются от углекислого газа с помощью регенеративного патрона.

Датчик парциального давления кислорода - самая важная часть аппарата. Пока что датчики делаются только в США (фирмы "Дженерал электрик", "Биомарин", "Бэкман"). Принцип их действия неоригинален: подобные датчики, предназначенные для работы при атмосферном давлении, производятся во многих странах. Но датчик для аппарата замкнутого цикла должен надежно работать и давать точные показания при меняющемся давлении - в этом-то и заключается его сложность.

Датчик состоит из двух электродов, электролита и мембраны, разделяющей электролит и газовую смесь. Кислород, диффундируя через мембрану, вступает в реакцию с электролитом. В результате химического процесса в цепи возникает электрический ток, напряжение которого пропорционально парциальному давлению кислорода. Таким образом, датчик представляет собой миниатюрный топливный элемент. В датчике другой конструкции электроды находятся под постоянным напряжением. Воздействие кислорода на электролит в этом случае приводит к изменению силы идущего по цепи тока.

В настоящее время созданы различные варианты датчиков контроля парциального давления кислорода, работающих в целом удовлетворительно, но их общим недостатком является необходимость периодической замены электролита. В некоторых случаях приходится заменять электролит после каждого погружения, что сказывается на эксплуатационной надежности прибора. В лаборатории это сделать нетрудно, в море же, во время работы, - намного сложнее. Поэтому иногда приходится просто сменять датчики по истечении определенного количества часов работы. Конечно, это неудобно и дорого.

Для погружений был бы более удобен и надежен датчик, действующий на основе какого-либо не химического, а физического принципа. Не исключено, например, что можно было бы использовать парахмагнитные свойства кислорода или его способность к поглощению определенных линий в спектре видимого света и т. д.

Разрабатывая датчики нового типа, приходится думать и о том, как сделать их малогабаритными,- это тоже одна из важных и сложных проблем.

Можно попытаться и вообще обойтись без датчиков парциального давления, т. е. без усилителя сигнала и сервомеханизма регулировки, использовав в аппарате сжиженный кислород.

Парциальное давление испаряющегося жидкого газа пропорционально температуре жидкости. Значит, парциальное давление кислорода будет оставаться стабильным, пока не изменится его температура.

В этом случае уже не потребуется патрон с натронной известью: углекислый газ будет удаляться после его отвердения, вызванного охлаждением, которое наступает в результате испарения жидкого кислорода.

Подобный криогенный способ очистки смеси от углекислого газа исследуется в лабораториях Франции и США. Очевидно, он весьма перспективен.

Легководолазное снаряжение

Может быть, такие "аксессуары" водолаза, как подводные часы, глубиномер, компас, фонарь, телефон и т. д., не всегда обязательны при погружениях, так же как, например, гидрокостюм, но зато они способствуют комфорту, безопасности и эффективности его действий. Мы не станем заниматься составлением подробного списка водолазного снаряжения, а ограничимся рассмотрением основных проблем, связанных с обогревом, возможностью обзора и передачей речи под водой. Расскажем также об инструментах, которыми работают океанавты.

Обогреваемые гидрокостюмы

Холод - весьма серьезная помеха как для легководолаза, так и для водолаза в тяжелом снаряжении, если они работают под водой длительное время.

Чтобы защититься от холода, в одних случаях под водонепроницаемый гидрокостюм надевают шерстяное водолазное белье. При этом воздух, содержащийся в гидрокостюме, создает теплоизоляционный слой.

В других случаях на голое тело надевают мягкий гидрокостюм из неопрена (толщиной 4 - 6 мм). Неопреновый гидрокостюм не является водонепроницаемым, но вода в нем не циркулирует, так что образующаяся между кожей и внутренней поверхностью гидрокостюма тонкая пленка воды быстро нагревается до температуры тела. Степень теплоизоляции гидрокостюма зависит от толщины неопрена.

При глубоководных погружениях эти два способа теплозащиты непригодны. Водонепроницаемый гидрокостюм уже не спасает от холода по той причине, что гелий, в противоположность воздуху,- хороший проводник тепла и потому теплоизоляционными свойствами не обладает. Неопрен же под действием давления сжимается и начиная с некоторой глубины практически перестает защищать от холода.

Над этой проблемой, имеющей исключительное значение при глубоководных спусках, работают в настоящее время во многих лабораториях мира.

Первый способ решения этой проблемы - белье из прорезиненного нейлона, в которое заделана сетка из ртутных термосопротивлений. Поверх этого белья надевается гидрокостюм из неопрена ячеистой структуры. Обжим (уменьшение толщины) гидрокостюма при спуске компенсируется дополнительной подачей сжатого газа, за счет чего и поддерживается его теплоизоляционная способность (ячейки в неопрене сообщаются друг с другом). Газ, используемый для выравнивания давления в гидрокостюме с давлением окружающей воды, поступает из специального баллончика, который водолаз несет на себе. Обычно для этого применяется сжатый воздух. Углекислый газ или неон, обладающие лучшими изоляционными свойствами, непригодны из-за сложности обращения с ними.

Термосопротивления получают электропитание либо от нескольких батарей, которые выполняют одновременно и функцию водолазных грузов, либо от внешнего источника по кабелю - в том случае, когда автономность водолаза необязательна.

Способ, о котором мы рассказали, имеет, однако, два недостатка: неравномерный обогрев поверхности тела и плохую теплоизоляцию при погружении в насыщенном состоянии, когда гидрокостюм насквозь "пропитан" гелием.

Тем не менее при кратковременных погружениях он дает вполне удовлетворительные результаты.

Второй способ состоит в том, что тело водолаза облегает слой теплой воды, играющей роль грелки. Сам гидрокостюм, также изготовленный из неопрена с сообщающимися ячейками, служит внешней оболочкой этого слоя, а водолазное белье из каучука, натягиваемое на тело водолаза,- внутренней. Между этими оболочками циркулирует подогреваемая вода. Другой вариант такого гидрокостюма снабжен сетью из тонких резиновых трубок, по которым непрерывно циркулирует теплая вода.

Снаряжение, используемое для глубоководных погружений в очень холодной воде. На спине у легководолаза - устройство для подогрева дыхательной смеси

Если теплая вода поступает с поверхности и, следовательно, необходимости в энергопитании нет, обогрев водолаза осуществить нетрудно, хотя при увеличении глубины удлиняются и подводящие трубопроводы и резко возрастают тепловые потери. Когда же водолаз должен работать в автономном режиме, то ему приходится нести на себе и обогревательное устройство, и специальную распределительную водяную помпу.

Источником подогрева воды может служить, например, медленно горящий металлический топливный стержень (патент фирмы "Дженерал электрик"). Некоторые конструкторы предлагают использовать скрытую теплоту плавления веществ, например гидрата окиси лития.

Третий путь решения этой проблемы - по-видимому, самый простой - использование водолазного белья из латекса, в которое заделывается плотная сеть электросопротивлений из переплетенных металлических нитей. Метод не нов - его давно применяют при изготовлении летного обмундирования. Однако, учитывая особые условия использования этого белья под водой, приходится вносить существенные изменения в технологию его производства. Ведь в процессе погружений гидрокостюм подвергается значительным нагрузкам. Поэтому он должен быть прочным и, что самое важное, электросопротивления должны быть наиболее плотно заделаны там, где они обогревают участки тела с наибольшими тепловыми потерями.

Такое водолазное белье было успешно применено на глубине 255 м во время эксперимента "Янус-II". Белье из латекса надевается под классический гидрокостюм сухого типа, а его электропитание осуществляется по кабелю при постоянном напряжении 24 В.^*

^* (После тщательной проверки различных типов костюмов СОМЕХ для проведения глубоководного эксперимента "Янус-III" (1975 г., глубина 500 м) избрал гидрокостюмы с водяным подогревом.- Прим. перев. )

Завершая эту главу, нельзя не сказать о последних достижениях в борьбе с тепловыми потерями.

Мы уже говорили о создании целой серии гидрокостюмов сухого и "мокрого" типов и о различных образцах обогреваемого водолазного белья. Все они предназначены для обогрева тела. А вот на весьма значительные тепловые потери, связанные с дыхательным циклом, долгое время не обращали внимания.

Между тем масса газов, проходящая через легкие и отнимающая у них тепло, пропорциональна давлению. Таким образом, тепловые потери в свою очередь пропорциональны глубине погружения. Кроме того, поскольку гелий является газом с высокой теплопроводностью, то при дыхании гелиево-кислородными смесями эти потери резко возрастают.

Отсюда легко прийти к выводу, что при глубоководных работах следует обогревать не только тело водолаза, но и смесь, которой он дышит. Вот почему фирмой СОМЕХ создано специальное устройство для подогрева дыхательной смеси, которое с успехом было применено при эксперименте "Янус-II".

Благодаря подогреву дыхательной смеси водолазы могли эффективно работать на большой глубине продолжительное время. Безусловно, без этой тепловой защиты рекордное погружение длительностью три часа десять минут, завершившее эксперимент "Янус-II", не удалось бы провести с таким успехом. Будем надеяться, что устройство для подогрева дыхательной смеси поможет достичь новых успехов в глубоководных погружениях.

"Эффект Дональда Дака" (искажение голоса в гелиевой атмосфере)

В атмосфере сжатого воздуха голос человека искажается, но все же речь водолаза остается достаточно разборчивой, чтобы вести с ним переговоры по телефону. В гелиевой же среде звук, производимый голосовыми связками водолаза, сдвигается в область высокочастотного спектра, который плохо воспринимается человеческим ухом. Начиная с глубины 100 м искажения становятся настолько значительными, что речь делается практически неразборчивой. Это явление было названо "эффектом Дональда Дака" в честь знаменитого утенка из мультфильмов У. Диснея. Между прочим, чтобы "научиться говорить" характерным писклявым голосом этого забавного персонажа, актер действительно произносил свои речи в гелиевой среде (разумеется, при атмосферном давлении).

В течение долгого времени водолазы, дышавшие гелиево-кислородной смесью, выходили из положения, ограничиваясь чисто деловыми сообщениями и употребляя только наиболее простые фразы. В конце концов люди, долго работавшие в паре, начинали кое-как понимать друг друга.

Чтобы обеспечить связь с находящимися на глубине водолазами, в барокамерах и водолазных колоколах можно устанавливать небольшие телетайпы, связанные с поверхностью, или же вести переговоры в специальной маске, содержащей неоново-кислородную смесь.

Отсутствие надежной связи сказывалось отрицательно и на эффективности труда под водой, и на обеспечении безопасности.

Но и эту проблему удалось решить благодаря новым специальным устройствам, недавно разработанным во Франции, Англии и США. Как же удалось этого добиться?

Известно, что в результате увеличения давления и, следовательно, плотности газа, а также из-за разности скорости звука в гелии и в воздухе происходит изменение импеданса резонансных артикуляционных полостей (рта, носоглотки). Поэтому происходит смещение относительных частот и амплитуд гармоник голоса (его гармонических составляющих).

Достижения электроники и открытия в области анализа звуковых колебаний, создаваемых голосовыми связками, а также в области шифрования и дешифрования этих колебаний позволили в короткий срок создать эффективную аппаратуру, позволяющую восстанавливать привычные нашему слуху звуковые спектры человеческой речи. И в какой бы среде ни произносилась речь, ее теперь можно разобрать.

Что можно видеть под водой. Жюль Берн нас здорово обманул!

Герои романов знаменитого фантаста прогуливались по морскому дну, любуясь подводным пейзажем в солнечных лучах чудесного апрельского утра...

К сожалению, в действительности все выглядит далеко не так поэтично. Морская вода малопрозрачна. Лучи света рассеиваются взвешенными в воде частицами, так что уже на небольшом расстоянии предметы скрываются как бы в туманной дымке.

Портативный гидролокатор. Электроника и гидроакустика позволяют легководолазам находить предметы, расположенные вне пределов визуальной видимости

А глубже 100 - 150 м лучи солнечного света вообще не проникают. Правда, глубина проникновения лучей резко колеблется в разных районах, но большая часть солнечного спектра поглощается повсюду еще на малых глубинах. Так, например, красные и желтые его составляющие исчезают начиная с глубины 10 - 15 м.

Даже в очень прозрачной воде - а она встречается не так часто - дальность видимости весьма ограничена и не превышает в горизонтальном направлении 30 м.

Глубоководные погружения, таким образом, происходят в полном мраке. И чтобы океанавт мог видеть хотя бы вблизи, применяют искусственное освещение, обеспечивающее дальность видимости 15 м, а чтобы обнаруживать удаленные предметы, используют тот или иной вид электронной аппаратуры.

Объекты, находящиеся за пределами визуальной видимости, под водой обнаруживают с помощью портативного гидролокатора с автономным питанием. Однако эти приборы довольно сложны в эксплуатации. Буи-ответчики и гидроакустические приемники-пеленгаторы позволяют точно определять направление на такой буй на расстоянии до километра и более.

Для этого используются гидролокатор классического типа, который позволяет обнаруживать отдельные предметы, гидролокатор бокового обзора, который дает панораму дна (но он громоздок - его обслуживают два человека). Весьма перспективное средство - акустическая голография, позволяющая получать объемное изображение предметов.

Обнаружить предмет под водой и зафиксировать его изображение можно также и при помощи фото- и киносъемки или телевизионной системы. Причем уже созданы высокочувствительные телевизионные системы, позволяющие вести наблюдение в таких условиях, когда глаз человека не в силах что-либо различить.

Очень важно увеличить дальность обзора подводных технических средств наблюдения. В связи с этим в последние годы в практику внедрены как некоторые новые методы, так и новые виды аппаратуры.

Например, для увеличения дальности фото- и киносъемки применяется метод стробированной по дальности вспышки, когда освещается именно тот участок пространства, который нужно заснять, и исключаются засветки от взвешенных в воде частиц между объективом и объектом съемки. О высокочувствительных телевизионных системах мы уже говорили - они также увеличивают дальность наблюдения. Кроме того, телевизионное изображение можно принимать на значительном расстоянии с помощью телеметрического гидроакустического канала, что также открывает пути для конструирования оригинальных средств наблюдения под водой.

Подводные инструменты

Мы научились дышать под водой, научились длительное время пребывать на дне в условиях повышенного давления, наконец, научились благополучно возвращаться на поверхность. Все это дало человеку возможность погружаться на значительные глубины.

Но тут возникли новые проблемы: теперь нужно было защитить водолаза от воздействия суровой, даже враждебной ему подводной среды. И вот появились гидрокостюмы и способы их обогрева, специальные средства связи, ориентации и наблюдения под водой.

Однако не будем забывать, что цель подводных погружений - полезная деятельность человека на морском дне. Следовательно, ему нужны орудия труда - подводные инструменты.

Работая под водой, приходится учитывать особенности среды, которые определяют и специфику использования инструментов. Прежде всего рассмотрим влияние невесомости.

Работая инструментом на суше, например заворачивая гаечным ключом головки болта, т. е. прилагая физическое усилие, рабочий имеет точку опоры - землю.

Под водой вес водолаза близок к нулю, и он, как правило, лишен точки опоры. Поэтому подводный инструмент должен быть таким, чтобы, работая им, человек не должен был затрачивать физические усилия и чтобы в то же время он поглощал реакцию противодействия объекта.

Подводный фрезерный инструмент

Отбойный молоток

Подводное сверлильное устройство

Специфические условия среды сказываются также в сильных корродирующих свойствах морской воды, ее электропроводности и наличии взвеси твердых частиц, в повышенном давлении, увеличении действия сил вязкости и трения.

Итак, подводный инструмент должен иметь источник энергии, способный заменить мускульные усилия человека, обладать высокой эксплуатационной надежностью, а следовательно, иметь такую конструкцию, которая учитывала бы все эти требования.

Как это ни печально, но специальных инструментов, предназначенных для работы под водой, практически не существует. Приходится с большим или меньшим успехом использовать обычный инструмент, приспосабливая его для условий специфической среды. В общем, это дает приемлемые результаты, хотя большой вес и громоздкость, необходимость герметизации и другие недостатки создают трудности и неудобства, которых могло бы и не быть...

Нет ничего удивительного в том, что с инструментом для подводных работ дело обстоит именно так: производственная деятельность на морском дне еще не приобрела промышленного размаха, необходимый для подводных работ инструментарий изготовляется малыми партиями, в маломощных мастерских. Кроме того, как мы уже говорили, оборудование, предназначенное для работы под водой, конструируется и изготавливается, как правило, без учета специфики его обслуживания на дне специалистами-водолазами. Неудивительно поэтому, что подводный инструмент (сверла, абразивные круги, пилы, отбойные молотки, безмоментные ключи и т. д.) ничем не отличается по конструкции от инструментов, применяемых на суше, если не считать некоторых модификаций, диктуемых в основном требованиями безопасности.

Перенесены под воду без изменений и различные способы резки металла: кислородно-ацетиленовый способ применяется до глубины 12 м, кислородно-пропановый - до 60 м. То же можно сказать и о различных способах бурения.

Не так-то легко добиться и высокого качества сварных швов.^*

^* (И все же сварочные работы можно вести под водой. В США и во Франции (фирма SOGETRAM) проводились соответствующие испытания на углеродистой стали с коэффициентом прочности 42 - 52 кг/см2.

После окончания подготовительного этапа в камеру-колокол войдет сварщик-водолаз и займется сваркой - она будет вестись в газовой среде, отличающейся от земных условий лишь повышенным давлением.- Прим. авт.)

Для производства подводных работ - а их номенклатура чрезвычайно велика - необходим целый комплекс сложного оборудования и средств его транспортировки. Те, кто думает, что водолаз погружается на дно для того, чтобы орудовать молотком и отверткой, весьма заблуждаются...

Прежде всего, для работы под водой нужна электроэнергия. Как правило, инструменты имеют электрический привод. Электроэнергия с переменным напряжением 220 или 380 В подается с поверхности по кабелю к установленному на дне понижающему трансформатору. В целях безопасности электродвигатели подводного инструмента, специально приспособленные для подводных условий, работают при напряжении 40 или 24 В. Специальные держатели обеспечивают возможность смены инструментов, что позволяет водолазу проводить различные работы.

Существуют инструменты и с автономным питанием, источником которого служит аккумуляторная батарея. В этом случае инструмент приводится в действие электродвигателем постоянного тока мощностью 500 Вт, работающим при напряжении 24 В.

Специальный инструмент для подводных работ создан фирмой СОМЕХ. Электрический ток трехфазного переменного напряжения 380/220В поступает с поверхности по кабелю. От понижающего трансформатора, обеспечивающего мощность 9 кВт, отходят два гибких коаксиальных кабеля (длиной 15 м каждый), к которым подсоединяются электродвигатели, приводящие в действие инструменты. Конструкция этой установки такова, что внутреннее давление в ее корпусах всегда равно наружному гидростатическому. Общий вес установки - 450 кг.

Не следует отказываться и от пневматических инструментов. Их можно применять на глубинах до 30 - 40 м, подавая воздух по шлангам с поверхности. Сжатый воздух при подводных работах используется также и в земснарядах типа эрлифтов, которые, как мы уже говорили, все чаще применяют и для подъема затонувших судов...

Погружаемое устройство для совмещения двух трубопроводов перед их сваркой на дне. Теперь уже недостаточно иметь отвертку и молоток, для того чтобы работать под водой

Это устройство для сварки под водой использовалось в Мексиканском заливе

До сих пор считалось, что пневматический инструмент может получать воздух только с поверхности.

Инженеры фирмы "Эр ликид" доказали, что он может работать и на больших глубинах. Фирма создала автономные контейнеры большой емкости, предназначенные для хранения сжиженных газов в вакууме. В контейнере же размещается испарительная установка, обеспечивающая подачу газа при регулируемом давлении (до 20 атм). Контейнер легко опускается на дно благодаря специальной балластной системе, регулирующей его плавучесть.

Пневматический инструмент подсоединяется к контейнеру при помощи гибкого шланга. По своей конструкции он аналогичен тому инструменту, который применяется на суше, однако изнашивается он намного быстрее из-за корродирующего действия морской воды (изнашивание можно уменьшить, если инструмент периодически промывать в пресной воде).

Упомянем еще об одном виде энергии - энергии взрывчатых веществ. Из истории мировых войн известно немало примеров применения зарядов взрывчатки боевыми пловцами. Однако взрывчатка нашла широкое применение и в мирных условиях - при проведении подводных работ. Применение взрывчатки дает огромный выигрыш во времени, когда требуется разрушить подводные препятствия или проложить на дне траншеи для нефтепроводов при помощи так называемых линейных зарядов. Существуют и специальные заряды, с помощью которых можно резать металлические конструкции, трубы и листы. Особенно эффективны кумулятивные заряды, позволяющие производить узко направленные взрывы, что обеспечивает большую точность взрывных работ.

Несколько лет назад в США кумулятивные заряды были применены для изготовления стальных куполов большого диаметра. Под воду, на глубину около 10 м, опускали стальной лист, вплотную накладывая его на специальную форму, по размерам и очертаниям соответствующую предполагаемому куполу. Взрывная волна прижимала плоский лист к форме, превращая его в купол. При обычных методах производства на изготовление таких куполов пришлось бы затратить несколько недель.

Подводная гидравлическая установка, с помощью которой подается масло под давлением всевозможным инструментам - безмоментным ключам, фрезерным и сверлильным устройствам и т. д

Методы непосредственного проникновения человека под воду

Мы ознакомились со снаряжением, в котором легководолазы погружаются под воду, и с инструментом, с которым они работают. Теперь рассмотрим собственно способы подводных погружений.

Подводные погружения должны отвечать трем требованиям - безопасность, эффективность, малая стоимость.

Требовать полного удовлетворения всех трех условий одновременно - нереально. Поэтому приходится искать компромиссные решения, выбирать оптимальные варианты сочетания этих трех условий. Нужно только твердо помнить, что компромисс не должен осуществляться за счет тех, кто работает на дне.

Расскажем о трех различных способах погружения человека под воду, которые применяются в наши дни и будут применяться в ближайшие годы.

Кратковременные погружения водолазов с поверхности

При кратковременных погружениях с поверхности легководолаз или водолаз, работающий в тяжелом снаряжении, спускаются на рабочую площадку с борта обеспечивающего судна или платформы. При этом снаряжение может быть как автономным, так и шланговым.

Характерная особенность этого способа состоит в том, что при подъеме к поверхности водолаз проходит декомпрессию непосредственно в воде, делая остановки на определенных глубинах.

Долгое время этот способ водолазных погружений был самым распространенным. Его преимущество - в простоте обеспечения, а следовательно, и в экономии времени.

Предельные глубины, на которых может работать водолаз при этом способе, таковы:

- при использовании гелиево-кислородных смесей - до 100 м.

Конечно, воздух можно использовать и на глубине более 70 м, но тогда водолаз не сможет эффективно работать.

Некоторые отлично тренированные легководолазы, на свой страх и риск используя для дыхания воздух, достигают глубины 90 - 100 м, нередко ведут свой промысел на таких же глубинах и собиратели кораллов в Средиземном море. Но, увы, сколько происходит несчастных случаев, зачастую оканчивающихся смертельным исходом... Нередко пресса сообщает о рекордных спортивных погружениях, но статистическая вероятность риска при этом не меньше, чем в игре в рулетку.

Следовательно, единичные факты успешных погружений нельзя возвести в общее правило.

До 70-метровой глубины можно также применять азотно-кислородные смеси с различным процентным содержанием компонентов. Это позволяет увеличить время пребывания человека на дне и уменьшить продолжительность остановок на декомпрессионных ступенях. Методика же погружений при использовании азотно-кислородных смесей не меняется.

На гелиево-кислородных смесях можно безопасно работать до глубины 100 м. Однако при кратковременных погружениях эффективность их использования значительно снижается: поднимаясь на поверхность, водолаз должен делать на декомпрессионных ступенях длительные остановки, а это и сложно, и утомительно.

Погружения водолаза в колоколе

Сегодня спуск под воду с помощью колокола стал классическим способом подводных погружений. При этом легководолаз не ныряет в обычном смысле слова, а спускается в колоколе, словно в лифте. Во время работы на дне колокол служит ему убежищем.

Процесс погружения в колоколе протекает следующим образом. Еще на палубе обеспечивающего судна водолазы в полном снаряжении заходят в колокол и задраивают люк (обычно в спуске участвуют три человека). Затем колокол подхватывается гидравлическим подъемно-опускным устройством и опускается за борт. Во время погружения внутри колокола поддерживается атмосферное давление.

С поверхностью колокол связан посредством несущего кабель-троса и гибкого шланга, через который подается дыхательная смесь. Водолазы поддерживают непрерывную телефонную связь с командным постом на обеспечивающем судне. Кроме того, с помощью телеустановки с поверхности наблюдают за водолазами и тогда, когда они находятся внутри колокола, и после их выхода в воду. В случае необходимости можно перейти на автономное питание водолазов дыхательной смесью, для чего внутри колокола имеются аварийные газовые баллоны.

Водолазный колокол из нержавеющей стали

Водолазный колокол 'Тритон', принадлежащий ВМС Франции

По прибытии на заданную глубину давление внутри колокола начинают постепенно повышать. После того как оно достигнет уровня, соответствующего давлению окружающей среды, можно открыть нижний люк.

Легководолазы выходят из колокола по двое. Третий же член экипажа остается в нем для обеспечения связи с поверхностью, а также для наблюдения за работающими товарищами и оказания им помощи в случае необходимости.

Продолжительность работы вне колокола зависит от глубины погружения и характера задания. Она может колебаться в пределах от нескольких минут до одного-двух часов.

Оба водолаза обычно работают в радиусе 10 - 15 м от колокола - на расстоянии, приблизительно равном дальности видимости в относительно прозрачной воде. Чтобы водолазам было легче работать, включаются светильники, закрепленные на колоколе.

Какого вида водолазное снаряжение следует использовать при спусках в колоколе? Конечно, свободное передвижение во всех трех измерениях обеспечивают автономные аппараты, и, когда это возможно и необходимо, лучше применять их. Но чаще всего водолазы выполняют работы на небольшом расстоянии от колокола, из соображений безопасности не удаляясь от него за пределы визуальной видимости. Поэтому и дешевле, и надежнее применять шланговые аппараты типа "Наргиле" открытого или полузамкнутого цикла дыхания. Не исключено, однако, что в дальнейшем шланговые аппараты будут заменены усовершенствованными аппаратами с замкнутым циклом дыхания и автоматической дозировкой содержания кислорода.

Если колокол опускается на большую глубину, то водолазы дышат гелиево-кислородной смесью. Как известно, гелий - газ дорогой. Чтобы исключить его потери, дыхательная смесь циркулирует по замкнутой цепи: колокол - водолазный аппарат- колокол. Гелиево-кислородная смесь поступает к водолазу из колокола по шлангу через редуктор. Выдыхаемый газ из шлема водолаза идет уже по другому шлангу и либо через редуктор, либо напрямую поступает в колокол для регенерации.

Водолазный колокол, зависший над дном

Выполнив задание, водолазы возвращаются в колокол и задраивают люк. После этого колокол поднимают на борт обеспечивающего судна, поддерживая в нем то давление, которое было на дне.

При кратковременных погружениях декомпрессию можно проводить прямо в колоколе, но по ряду технических причин это не всегда удобно. Поэтому, как правило, на судне колокол стыкуют с палубной барокамерой. После выравнивания давления водолазы переходят в барокамеру, где и проходят декомпрессию с относительным комфортом.

Способ погружения, о котором мы рассказали, позволяет достаточно эффективно и безопасно проводить непродолжительные работы на глубинах до 150 - 180 м. При спусках на большие глубины нужно переходить к погружениям в насыщенном режиме.

Погружения в насыщенном режиме с использованием палубного водолазного комплекса и колокола

Итак, с увеличением глубины погружения на декомпрессию уходит все больше и больше времени. И начиная с глубины 60 - 70 м способ погружения, о котором мы только что рассказали, оказывается неэффективным: пребывание водолаза на дне становится слишком кратковременным.

Гораздо больших результатов можно было бы добиться, если бы вообще не надо было проводить декомпрессию, пока не будет выполнено все задание до конца. Такая организация подводных работ и спусков уже освоена. Суть ее заключается в следующем.

На протяжении всего периода подводных работ - может быть, даже в течение нескольких недель - водолазы живут в барокамере, размещенной на обеспечивающем судне. В ней поддерживается давление, соответствующее глубине, на которой проводятся работы.

Перед спуском водолазов на глубину подводный колокол стыкуется с барокамерой, причем в нем достигается точно такое же давление, как в барокамере. Водолазы переходят в подводный колокол и спускаются на заданную глубину - в этом случае колокол представляет собой погружаемый модуль барокомплекса. Окончив рабочий день, водолазы проделывают обратный путь - подъем в колоколе, стыковка, переход в барокамеру. И все это при одном и том же неизменном давлении. Таким образом, декомпрессия не проводится до тех пор, пока не будут выполнены запланированные работы.

Недавно группа американских водолазов, занимавшихся подводными работами в Северном море, в течение тридцати четырех дней после каждого спуска отдыхала в барокамере, установленной на палубе обеспечивающей баржи...

В барокомплексе водолазы отдыхают в дорольно комфортабельных условиях: они могут читать и слушать музыку, смотреть телевизионные передачи, получать корреспонденцию. Разумеется, хорошие условия созданы и для сна, есть души и т. д.

Такая организация погружений весьма эффективна. Она нашла широкое применение при проведении подводных работ и научных исследований, поскольку обеспечивает высокий уровень производительности труда при подводных работах и их экономическую рентабельность.

Не надо забывать, однако, что такие погружения - в последнее время их стали называть "промышленными" - проводятся в насыщенном режиме. Поэтому особенно важно установить жесткий контроль за физико-химическими параметрами среды в барокомплексах. Дыхательная смесь должна тщательно регенерироваться, температура и влажность в помещении - поддерживаться на оптимальных уровнях. Особое внимание следует уделять удалению углекислого газа и различных запахов...

В области глубоководных погружений в последние годы достигнуты весьма впечатляющие результаты. Особенно широко подводные работы проводятся на нефтяных промыслах. По-видимому, в недалеком будущем водолазы смогут трудиться на еще больших глубинах. Доказательство тому - блестящие результаты эксперимента "Янус-II", во время которого водолазы работали на глубине 255 м. Специалисты полагают, что предельная глубина погружений и проведения подводных работ в насыщенном режиме составляет 300 - 350 м. Используя барокомплекс, водолазы смогут жить и трудиться при таком давлении в течение одной-двух недель.

Не исключено, что примерно так же будут в дальнейшем организованы подводные работы и на глубинах от 350 до 600 м. Барокамера и ее оборудование останутся почти такими же, если не считать необходимых изменений, связанных с увеличением гидростатического давления (например, увеличится вес оборудования). Но от колокола, опускаемого ко дну на направляющих тросах, придется отказаться. Его заменит самоходный аппарат, представляющий собой подвижный модуль палубного барокомплекса^*. При этом дыхательная смесь будет подаваться в него по шлангу с обеспечивающего судна. Погружение и всплытие модуля может осуществляться при помощи балластных цистерн, а для ограниченного передвижения в горизонтальной плоскости будут служить винты, приводимые в движение электромоторами.

^* (Подвижный модуль, разработанный фирмой СОМЕХ,сможет погружаться на глубину 800 м.- Прим. перев.)

Подводные лаборатории. Длительное пребывание легководолазов под водой в состоянии насыщения

Об океанавтах - жителях подводных домов - знают все: вот уже в течение многих лет пресса и телевидение уделяют им исключительное внимание. В некоторых странах проводились эксперименты, целью которых было доказать, что человек способен длительное время находиться и работать на дне моря. Такие эксперименты велись, например, во Франции ("Преконтинент-1", "Преконтинент-2" и "Преконтинент-3"), США ("Человек и море", "Силаб", "Тектайт"), Канаде ("Сублимнос"), ФРГ ("Гельголанд"), СССР ("Черномор").

Мы не будем рассказывать подробно об этих экспериментах - им посвящена достаточно обширная литература. Остановимся лишь на освоении подводных глубин с помощью подводных домов, на характерных особенностях, преимуществах и недостатках этого способа.

Но вначале совершим небольшой экскурс в прошлое.

Около десяти лет назад американцы разработали методику погружений в состоянии насыщения. Надо было проверить ее на экспериментах в море. Здесь можно было идти двумя путями:

- проводить насыщение в палубном барокомплексе и опускать водолазов на дно в колоколе (об этом способе мы только что рассказали);

- установить на дне подводный дом и проводить насыщение в доме.

Как ни удивительно, во всех странах отдали предпочтение второму пути, хотя его реализация и потребовала очень больших затрат времени и средств.

С физиологической точки зрения длительное пребывание океанавтов в подводных домах не имело особых преимуществ по сравнению с использованием барокамеры и колокола, т. е. так называемого погружаемого водолазного комплекса. Более того. Эксперименты с подводными домами потребовали создания сложного и дорогостоящего берегового комплекса для снабжения энергией, дыхательной смесью, продуктами питания и поддержания связи.

Подводный дом 'Тектайт' в разрезе

Подводный дом 'Черномор'

Исследователь-легководолаз, работающий вблизи подводной лаборатории 'Тектайт'

Почему же все-таки был избран именно этот путь, несмотря на баснословные расходы? Да, очевидно, потому, что он, казалось бы, позволяет сразу же начать эксперименты в трех направлениях:

- внедрение в практику имеющихся теоретических и опытных дан- ных о погружениях в состоянии насыщения;

- испытание различных видов оборудования для обеспечения жизнедеятельности человека и подводных работ;

- проведение подводных научных исследований in situ^*.

^* (In situ (лат.) - в месте нахождения, на месте. - Прим. перев.)

Следует сказать, что в то время люди еще неясно представляли себе реальные условия работы под водой и нередко принимали желаемое за действительное.

Все говорит о том, что за последнее десятилетие подводные работы не претерпели существенных изменений. Правда, несколько увеличились глубины погружений, несколько усовершенствовалось снаряжение водолазов, стало больше промышленного оборудования, при обслуживании которого не обойтись без подводных работ, но это, собственно, и все. Сам характер подводных работ остался тем же. Все так же полукустарные сооружения, установленные на дне, разнесены друг от друга на значительные расстояния, и все так же они немногочисленны. К ним-то чаще всего и спешит водолаз, который до сих пор выполняет в море функции "пожарника". К услугам водолазов прибегают чаще всего в аварийных ситуациях - для ремонта оборудования, замены его узлов. Иногда эта работа занимает несколько десятков минут, иногда же - несколько недель.

Главная особенность работы водолаза - помимо ее высокой стоимости, что весьма существенно для предпринимателя,- это "гибкость" ее режима ("flexibility", как говорят американцы). А это значит, что промышленности, использующей подводные ресурсы, нужны мобильные средства глубоководных погружений, позволяющие быстро разворачивать на дне водолазные работы в любом географическом районе и быстро же их сворачивать.

Энтузиасты подводных домов представляют себе дно Мирового океана как грандиозную рабочую площадку - нечто вроде сборочного конвейера завода Рено,- на которой тысячи океанавтов трудятся точно пчелы в улье.

Но никто ведь не станет для ремонта крана в ванной закрывать в ней на неделю водопроводчиков, а шахтеров, например, каждый день спускают в шахту и поднимают из нее. Характер необходимой производственной деятельности под водой также не требует, чтобы люди жили на дне. Поэтому приходится признать, что подводные дома - своего рода бронтозавры в эволюции подводной техники: они стоят в стороне от магистрального направления технического прогресса.

Было бы несправедливо, однако, отрицать пользу, которую принесли многочисленные эксперименты с обитаемыми подводными лабораториями хотя бы уж тем, что привлекли внимание миллионов людей к подводному миру. Кроме того, в процессе проведения экспериментов были испытаны различные виды оборудования. И все же еще раз подчеркнем: тех же результатов можно было бы добиться при помощи палубной барокамеры и подводного колокола, затратив на это куда меньше средств.

Оценивая пути освоения глубин, мы сравнили возможности, которые открываются для проведения работ под водой при каждом из этих двух способов. Однако поборники подводных поселений утверждают, что поселения знаменуют наступление новой эры в истории человечества, ибо, "чтобы раскрыть тайны океана, человек должен жить в его глубинах". Итак, опять область научной фантастики - гомо акватикус, мутант голубого континента и т. д.

Не будем больше возвращаться к этим "теориям", не имеющим ни практического, ни научного значения. Поговорим лучше о целесообразности экспериментов с подводными лабораториями.

Вряд ли ученый, который ведет исследования в течение двух-трех недель в подводной лаборатории и на ограниченной акватории вокруг нее, имеет какие-либо преимущества по сравнению со своим коллегой, делающим то же самое при помощи погружаемого водолазного комплекса и аппарата с замкнутым циклом дыхания. Напомним, что водолазный колокол обеспечивает исследователю мобильность, возможность проведения научной работы на больших площадях дна.

Дает ли подводная лаборатория возможность для проведения таких эффективных научных исследований?

Однозначно ответить на подобный вопрос непросто. Об этом написано так много книг, высказано столько диаметрально противоположных точек зрения, объективность которых трудно оценить, что уже невозможно отделить миф от реальности, желаемое от действительного.

Водолазные погружения с подводных аппаратов

Уже более тридцати лет прошло с тех пор, как водолазы получили возможность выходить из подводных лодок, лежащих на грунте. Таким образом, проблема эта не нова. Еще со времен появления романов Жюля Верна люди мечтали иметь возможность выходить где им будет угодно из чрева подводного корабля и свободно передвигаться по дну морей и океанов, как это делали капитан Немо и другие герои замечательного писателя-фантаста.

Но стоит ли добиваться этого нам, выгодно ли доставлять водолазов на дно на подводных лодках?

- открывает ли использование специальных подводных лодок с водолазным отсеком большие возможности, чем другие способы глубоководных погружений водолазов;

- позволяет ли это снизить затраты на водолазные спуски по сравнению с другими способами (водолазный погружаемый комплекс и подводные лаборатории).

Конечно, мы не рассматриваем здесь операции в военных целях, а также такие случаи, когда, кроме подводной лодки, никакие иные средства применить невозможно.

Какие же преимущества дают подводные лодки специального назначения?

Их нетрудно перечислить, и, на первый взгляд, преимущества эти весьма существенны:

- автономность, одно из самых неоценимых достоинств подводных лодок;

- возможность выхода водолазов из лодки в воду на нужной глубине путем шлюзования через специальный отсек.

Теперь посмотрим, а нельзя ли реализовать эти преимущества на подводных аппаратах уже существующих типов.

За последние годы в США было построено несколько подводных самоходных аппаратов, которые можно использовать для доставки водолазов на дно. Но, как ни странно, они практически не нашли применения при проведении подводных работ.

Давайте попробуем разобраться, почему так случилось. А для этого придется посмотреть, существуют ли на самом деле те преимущества, которые мы приняли априори.

Прежде всего приходится прийти к выводу, что заключение о полной автономности подводных аппаратов ошибочно. Они, правда, не привязаны к определенной точке морской поверхности, но зато имеют малое водоизмещение, радиус их плавания весьма ограничен. Поэтому такие аппараты постоянно должны обеспечиваться судном-носителем, которое доставляет их в заданный район, спускает на воду, поднимает на борт, постоянно поддерживает с ними связь в целях обеспечения безопасности. Аппараты эти не столь уж независимы от гидрометеорологических условий на поверхности, как это может показаться поначалу. Представьте себе, как бросает волна небольшой подводный аппарат после всплытия, как трудно поднять его на борт (вес аппарата - минимум 10 т).

Таким образом, все существующие подводные аппараты с водолазными отсеками все-таки зависят от погоды на поверхности.

Нельзя ли устранить этот недостаток, увеличив водоизмещение и радиус плавания аппарата? Но из опыта подводного судостроения известно, что для эффективного увеличения автономности подводный аппарат должен иметь водоизмещение по крайней мере 500 т...

А подобный корабль потребует больших эксплуатационных расходов, которые резко снизят рентабельность подводных водолазных работ.

Допустим, какая-то фирма все же согласилась на такие затраты, уповая на мобильность подводной лодки. Но оправдано ли это?

Подводные работы, как правило, ведутся на ограниченных участках дна. После выполнения задания водолазы, а также средства обеспечения могут быть доставлены в новый район надводным судном. Следовательно,необходимая мобильность обеспечивается и без применения подводной лодки.

Далее вспомним, что водолазам нужны инструмент и электроэнергия или сжатый воздух, которые приводили бы его в действие, а иногда и значительное по весу и габаритам специальное оборудование. Сможет ли подводная лодка обеспечить всем необходимым подводных рабочих? Или ей потребуется подавать энергию с поверхности по кабелю? Но тогда лодка уже теряет и автономность, и мобильность. А значит, легче и проще доставлять водолазов с поверхности в подвижном модуле палубного водолазного комплекса...

Нельзя забывать и о технике безопасности. Если подводная лодка с водолазным отсеком работает на малых глубинах, в теплой и прозрачной воде - где-нибудь на шельфе Флориды, когда декомпрессию или вовсе не надо проводить, или на нее уходит минимум времени, все выглядит прекрасно. Водолазы спокойно фотографируют и собирают раковины... Для туристов ничего лучше не придумаешь.

Но настоящая работа на больших глубинах предъявляет жесткие требования к соблюдению мер безопасности. Мы уже говорили, что система жизнеобеспечения водолазов и средства ее контроля представляют собой сложный комплекс аппаратуры. Конечно, в принципе всю ее можно установить на борту подводного корабля. Но как разместить многочисленные приборы, соблюдая неизбежные ограничения в весе и габаритах?

Поэтому вряд ли на подводной лодке удастся столь же эффективно решить вопросы техники безопасности водолазных работ, как на надводном обеспечивающем судне. И уж, конечно, на подводной лодке не создать таких же комфортабельных условий для отдыха, как в барокомплексе на поверхности.

Итак, можем ли мы на основании всего вышеизложенного утверждать, что подводные лодки с водолазными отсеками не нужны?

Да, можем, но только в определенной степени. Действительно, существующие на сегодняшний день типы подводных самоходных аппаратов с водолазными отсеками не имеют никаких преимуществ сравнительно с погружающимися с поверхности водолазными комплексами. Водолазные погружения из подводных лодок на больших глубинах сложнее, менее безопасны и требуют больших затрат. Автономность подводных лодок весьма относительна.

Легководолаз, работающий вблизи подводного аппарата 'Шельф Дайвер'

Подводный аппарат 'мокрого' типа 'Тотал Суб'. В эту микроподлодку легководолазы садятся в полном снаряжении, так как она негерметична. 'Тотал Суб' не рассчитан для выполнения подводных работ - он предназначен для перемещения под водой

И все же не исключено, что фактор мобильности подводных аппаратов в будущем приобретет большее значение. Например, подводные нефтепроводы, которые протянутся по дну океанов и морей, потребуют регулярного осмотра, проведения технической профилактики или ремонта. И тогда подводные аппараты с водолазными отсеками будут использоваться наряду с надводными водолазными комплексами и другими средствами подводных работ.

При серьезных ремонтных работах, требующих применения специального оборудования и разнообразного инструмента, водолазы, безусловно, будут доставляться к месту работ с поверхности с помощью водолазного колокола. Однако для выполнения каких-то "легких" операций - проверки оборудования по внешнему виду (например, определения степени корродирования), замены контрольно-измерительных приборов, очистки нефтепроводов от наносов, фотографирования и т. д.- можно также привлекать и легководолазов из подводных аппаратов с водолазным отсеком.

А подводные аппараты с водолазами на борту выйдут в море, когда возникнет необходимость быстро проверить состояние больших участков трубопроводов, провести аварийный ремонт, не требующий значительных затрат энергии и применения специального оборудования.

Оптимальные конструкции подводных самоходных аппаратов для доставки водолазов на дно еще предстоит разработать, конечно, учитывая их стоимость, эффективность и надежность. Возможно, что некоторые типы таких аппаратов будут получать по кабелю энергию от обеспечивающего судна, что не исключает наличия у них собственных источников энергии.

По-видимому, на озерах и искусственных водохранилищах станут применяться небольшие и легко транспортируемые самоходные подводные аппараты с водолазным отсеком - нельзя же ведь повсюду иметь суда с водолазными комплексами. Может случиться, что и на море по какой-то причине - например из-за нагромождения металлических конструкций, кабелей и т. д.- не удастся применить водолазный колокол. В этом случае без малых подводных аппаратов просто не обойтись. И если пока такие работы под водой проводятся редко, то в будущем потребность в них наверняка возрастет.

Впрочем, не станем делать преждевременных выводов...